Fotosintez jarayoni va uning ahamiyati: Yashil barglar siri

Fotosintez jarayoni va uning ahamiyati: Tabiatdagi yashil mo'jiza

Tasavvur qiling, yer yuzida shunday g'aroyib zavodlar borki, ular hech qanday yoqilg'i yoqmaydi, zaharli tutun chiqarmaydi va elektr energiyasiga muhtoj emas. Ular faqat quyosh nuri, oddiy suv va havodagi ko'rinmas gazdan foydalanib, butun tiriklik olami uchun ozuqa hamda toza havo tayyorlab beradi. Tabiatda bu bebaho vazifani oddiygina ko'ringan yashil o'simliklar, suvo'tlar va ayrim mayda bakteriyalar bajaradi. Bu ajoyib hodisani fan tilida fotosintez deb ataymiz.

Fotosintez so'zi ikki yunoncha so'zdan tashkil topgan: "fotos" — yorug'lik va "sintez" — birikish yoki hosil bo'lish degan ma'noni anglatadi. Ya'ni o'simliklar yorug'lik energiyasini kimyoviy bog'lar energiyasiga aylantirib, o'z tanasida organik moddalarni (masalan, glyukoza va kraxmalni) yaratadi. Olimlar bu hodisani uzoq yillar davomida tadqiq etgan. Jumladan, 1779-yilda tabiatshunos Yan Ingenxauz o'simliklarning toza havo ishlab chiqarishi uchun faqat suv va tuproq emas, balki aynan quyosh nuri zarurligini tajribalar orqali isbotlab bergan edi.

Fotosintez bo'lmaganida, Yer yuzida biz bilgan murakkab hayot, hayvonot olami va insonlar yashay olmas edi. Chunki biz yeydigan non, sabzavotlar, mevalar, hatto kiyadigan paxta kiyimlarimiz ham bevosita o'simliklarning quyosh energiyasini o'zlashtirishi mahsulidir. Shu bilan birga, biz nafas olayotgan havoning tarkibidagi kislorod ham aynan ushbu jarayon sharofati bilan doimo yangilanib turadi.

Barglar ichidagi miniatyura zavodi: Xloroplastlar va tilakoidlar

Kuzatgan bo'lsangiz, daraxtlarning aksariyati yam-yashil barglarga ega. Nega o'simliklar tanasining aynan barg qismi fotosintez uchun asosiy maydon hisoblanadi? Sababi barg yaprog'i yupqa va keng bo'lib, quyosh nurini ko'proq tutib qolishga juda yaxshi moslashgan. Bargning ichki qatlamlaridagi hujayralarda esa biologik tilda xloroplast deb ataladigan maxsus organoidlar, ya'ni kichik hujayra a'zochalari joylashgan.

Bitta o'simlik hujayrasida taxminan 10 tadan 100 tagacha xloroplast bo'lishi mumkin. Bir kvadrat millimetr maydondagi barg to'qimasida esa ularning soni yarim milliondan oshib ketadi. Xloroplast o'zining ichki tuzilishiga ega. U ikki qavat parda bilan o'ralgan bo'lib, uning ichki qismidagi suyuqlik stroma deb ataladi. Stroma ichida esa ustma-ust taxlangan tangachalarni eslatuvchi yassi xaltachalar joylashgan. Bu tuzilmalar tilakoidlar deb yuritiladi.

Tilakoid so'zi yunoncha "tilakos", ya'ni "qopcha" yoki "xaltacha" ma'nosini bildiradi. Bir nechta tilakoid tangachalarining birikmasi esa grana deb ataladi. Aynan mana shu tilakoidlarning yupqa devorlarida quyosh nurlarini tutib oluvchi eng muhim moddalar — pigmentlar yashiringan. Agar tilakoidlar bo'lmaganida, quyoshdan kelayotgan yorug'lik energiyasini o'simlik hujayrasi to'play olmas va uni ozuqaga aylantirishning imkoni bo'lmas edi.

Yashil rang siri: Xlorofill qanday ishlaydi?

Daraxt barglarining yashil bo'lishiga sabab nima? Bunga tilakoid membranalarida joylashgan yashil rangli xlorofill pigmenti sababchidir. Pigment — bu ma'lum bir to'lqin uzunligidagi yorug'likni o'ziga yutib, qolgan qismini qaytaruvchi tabiiy bo'yoq moddasidir.

Quyoshdan kelayotgan oq yorug'lik aslida kamalakning barcha ranglaridan iborat. Xlorofill quyosh spektridagi qizil va moviy-ko'k nurlarni juda kuchli darajada o'ziga yutadi, chunki bu nurlar fotosintez reaksiyalari uchun eng qulay energiya manbaidir. Biroq xlorofill yashil nurlarni o'ziga singdirmaydi, aksincha, ularni orqaga qaytaradi. Ko'zimizga esa aynan o'simlikdan qaytgan yashil nurlar yetib keladi. Shuning uchun ham barglar bizga yashil bo'lib ko'rinadi.

O'simliklarda xlorofilldan tashqari boshqa pigmentlar ham uchraydi. Masalan, karotinoidlar deb ataluvchi moddalar sariq va to'q sariq ranglarni hosil qiladi. Yozda xlorofill miqdori juda ko'p bo'lgani sababli boshqa pigmentlar sezilmaydi. Kuz kelib, havo soviy boshlaganda xlorofill parchalanib ketadi va barglardagi sariq, qizg'ish ranglar yaqqol ko'rinib qoladi.

Fotosintezning ikki bosqichi: Yorug'lik va qorong'ilik reaksiyalari

Fotosintez bir qarashda oddiy tuyulsa-da, u ketma-ket boradigan murakkab kimyoviy jarayonlardan iborat. Olimlar uni tushunish oson bo'lishi uchun ikki asosiy bosqichga ajratadilar: yorug'likka bog'liq bosqich va yorug'likka bog'liq bo'lmagan (qorong'ilik) bosqich.

1. Yorug'lik bosqichi: Energiyani to'plash va suvni parchalash

Bu bosqich faqat kunduzi, ya'ni quyosh nuri mavjud bo'lganda va bevosita tilakoid pardalarida sodir bo'ladi. Jarayon quyidagicha kechadi:

• Quyosh nuri kvanti (fotoni) xlorofill molekulasiga uriladi va undagi elektronlarni harakatga keltiradi.
• Barg tomirlari orqali ildizdan yetib kelgan suv molekulalari yorug'lik ta'sirida parchalanadi. Bu hodisani ilm-fanda fotoliz deyiladi.
• Suvning parchalanishi natijasida vodorod va elektronlar ajralib chiqadi, "keraksiz" qo'shimcha mahsulot sifatida esa kislorod gazi hosil bo'ladi. O'simlik bu kislorodni bargdagi mayda teshikchalar (og'izchalar) orqali tashqariga chiqarib yuboradi. Aynan shu kislorod butun biosferaning nafas olishini ta'minlaydi.
• Shu bilan birga, yorug'lik energiyasi hisobiga hujayraning "energiya quvvati" hisoblangan maxsus molekulalar — ATF (adenozintrifosfat) va NADPH sintezlanadi. Ular keyingi bosqich uchun quvvat zaxirasi vazifasini o'taydi.

2. Qorong'ilik bosqichi (Kalvin sikli): Ozuqa yaratish

Bu bosqich xloroplastning ichki suyuqligi — stromada yuz beradi. Uni amalga oshirish uchun quyosh nuri to'g'ridan to'g'ri kerak emas, shuning uchun ham u yorug'likka bog'liq bo'lmagan bosqich deb ataladi. Bu jarayonni batafsil o'rgangan olim Melvin Kalvin sharafiga u ko'pincha Kalvin sikli deb nomlanadi.

O'simlik havodan barg og'izchalari orqali karbonat angidrid gazini (CO2) yutadi. Birinchi bosqichda to'plangan ATF energiyasi va vodorod yordamida karbonat angidrid qaytariladi va undan oddiy qand — glyukoza hosil bo'ladi. Glyukoza keyinchalik o'simlikning barcha a'zolariga tarqalib, kraxmalga, o'simlik devorini tashkil etuvchi kletchatkaga (tsellyuloza), yog' va oqsillarga aylanadi. Demak, daraxt o'zining tanasini havoda erkin yurgan ko'rinmas gazdan va suvdan quradi.

O'simliklar ham nafas oladimi? Fotosintez va nafas olish farqi

Ko'pchilik maktab o'quvchilari o'simliklar faqat karbonat angidrid yutib, kislorod chiqaradi, deb o'ylashadi. Ammo tirik organizm sifatida o'simlik hujayralari ham kechayu kunduz nafas oladi. Bu yerda fotosintez va nafas olish o'rtasidagi farqni aniq bilib olish zarur:

• Fotosintez: Faqat yorug'likda, xloroplastlarda sodir bo'ladi. Karbonat angidrid va suv sarflanadi, organik moddalar yaratiladi, kislorod ajralib chiqadi. Bu — energiyani to'plash jarayonidir.
• Nafas olish: Hamma vaqt (kunduzi ham, kechasi ham), hujayraning mitoxondriya deb ataluvchi organoidlarida kechadi. O'simlik kislorod yutib, glyukozani parchalaydi va hayotiy jarayonlar uchun energiya ajratib oladi, tashqariga esa karbonat angidrid chiqaradi. Bu — energiyani sarflash jarayonidir.

Eng muhimi, o'simliklar kunduzi fotosintez jarayonida o'zlari nafas olish uchun ishlatadigan kisloroddan bir necha barobar ko'proq kislorod ishlab chiqaradi. Shuning hisobiga tabiatda kislorod muvozanati buzilmaydi va barcha hayvonlar hamda odamlar nafas olishi uchun yetarli sharoit saqlanib qoladi.

Sayyoramizdagi hayot tayanchi: Global miqyosdagi quvvat va ahamiyat

Fotosintez jarayoni miqyosini tasavvur qilish uchun raqamlarga murojaat qilaylik. Olimlarning hisob-kitoblariga ko'ra, dunyo miqyosida o'simliklar va suvo'tlar fotosintez orqali bir soniyada tutib qoladigan quvvat taxminan 130 teravattni tashkil etadi. Bu butun insoniyat yaratgan barcha elektr stansiyalari, zavod va transport vositalari iste'mol qiladigan quvvatdan deyarli sakkiz barobar ko'pdir!

Har yili quruqlikdagi o'rmonlar, dashtlar va okeanlardagi mikroskopik suvo'tlar birgalikda 100 milliard tonnadan ziyod uglerodni organik biomassa holiga keltiradi. Shu bilan birga, yuzlab milliard tonna toza kislorod havoga chiqariladi. Fotosintez bo'lmaganida edi:

1. Atmosferada karbonat angidrid haddan tashqari to'planib ketar va issiqxona effekti oqibatida Yer yuzi haddan ziyod qizib ketar edi.
2. Sayyoramizda tirik mavjudotlar oziqlanishi uchun zarur bo'lgan organik ozuqa zanjiri uzilar edi. Chunki o'txo'r hayvonlar o'simliklar bilan, yirtqichlar esa o'txo'rlar bilan oziqlanadi.
3. Kislorod tugab, havoda ozon qatlami yo'qolgan bo'lardi. Ozon qatlami esa Yerdagi hayotni quyoshning halokatli ultrabinafsha nurlaridan himoya qiluvchi asosiy qalqondir.

Xulosa

Shunday qilib, yo'l chetidagi oddiy bir nihol yoki o'rmondagi ulkan chinor shunchaki go'zallik manbai emas. Ularning har bir yaprog'i koinotdan kelayotgan quyosh nurini qabul qilib, uni hayotiy quvvatga aylantiruvchi yuksak texnologiyali tabiiy mo'jizadir. O'simliklar dunyosini asrab-avaylash, daraxtlar ekish va ko'kalamzorlashtirish — bu o'zimiz nafas olayotgan havoni, ichayotgan suvimizni va kelajak hayotimizni saqlab qolish deganidir.

Asosiy fikrlar

• Fotosintez nima: O'simliklar, suvo'tlar va ayrim bakteriyalarning quyosh nuri energiyasi yordamida suv va karbonat angidriddan ozuqa (glyukoza) hamda kislorod hosil qilish jarayoni.
• Jarayon qayerda kechadi: O'simlik hujayralari ichidagi xloroplastlarda, xususan, ularning ichidagi tangasimon tilakoid qatlamlarida yuz beradi.
• Xlorofillning o'rni: Quyoshning qizil va ko'k nurlarini yutib, yashil nurni qaytaruvchi pigment bo'lib, o'simliklarga yashil rang baxsh etadi.
• Ikki asosiy bosqich: Quyosh nuri ishtirokida suv parchalanib kislorod ajraladigan yorug'lik bosqichi hamda karbonat angidriddan qand moddalari sintezlanadigan Kalvin sikli (qorong'ilik bosqichi).
• Biosferadagi ahamiyati: Fotosintez sayyoramizdagi barcha tirik mavjudotlarni oziq-ovqat zanjirining asosi bilan ta'minlaydi va atmosferadagi kislorod muvozanatini saqlaydi.

Shuningdek o'qing

• O'simlik va hayvon hujayrasining tuzilishi: biologiyadan sodda qo'llanma
• Sho'rxoklar ichidagi hayot: o'limga mahkum ko'lmaklarning mitti hukmdorlari
• Meduzalar vaqtni o'z yo'li bilan o'lchaydi: yangi biologik soat kashf etildi

Manbalar

• Wikipedia: Photosynthesis (CC BY-SA 4.0)
• Wikipedia: Thylakoid (CC BY-SA 4.0)
• Wikipedia: Photosynthetic reaction centre (CC BY-SA 4.0)
• Muqova rasmi: Bright green leaves captured with striking sunlight, creating a fresh and natural vibe. — YumeSofii, Pexels License, Pexels

Maqola yuqoridagi manbalar asosida sun'iy intellekt yordamida tayyorlangan. Matn CC BY-SA 4.0 litsenziyasi ostida tarqatiladi.