Plastik mübadilə(Fotosintez+Xemosintez)

Plastik mübadilənin bir forması da Fotosintez və Xemosintezdir.Avtotrof orqanizmlər (bitkilər,göy-yaşıl yosunlar(sianobakteriyalar),qırmızı və yaşıl bakteriyalar,volvoks,yaşıl evqlena) bu zaman işıq enerjisindən istifadə edərək,qeyri üzvi maddələrdən üzvi maddələr sintez edirlər.

Fotosintez

İlk fotosintezedici canlılar qırmızı və yaşıl bakteriyalar olub,lakinonlar sərbəst oksigen xaric edə bilmirlər.İlk dəfə sərbəst oksigeni əsl fotosintezedicilər -göy yaşıl yosunlar sintez etmişlər.

Fotosintez(yun."fotos"-işıq,"sintez"-əmələ gəlmə) mürəkkəb və çox pilləli bir prosesdir.Günəş enerjisi hesabına qeyri üzvi maddələrdən üzvi maddələrin əmələ gəlmə prosesinə  fotosintez deyilir.

Fotosintezlə bağlı kəşflər

• İlk dəfə bu posesi bitkilərdə1771 ci ildə C.Pristli aşkar etmişdir. O,  tərəfindən "korlanmış" havanın bitkilər tərəfindən saflaşdığını müşahidə etmişdir.Ancaq o, fotosintezdə işığın rolunu bilməmişdir.
• 1779 cu ildə İ.İngenhauz bu prosesein işıqdan asılı olduğunu müəyyən etdi.
• Bu prosesdə karbon qazının iştirakını İ.Senebye,suyun iştirakını isə N.Sosyur müəyyən etdi.
• 1874 cü ildə isə K.A.Timiryazev xlorofilin fotosintezdəki rolunu və mexanizmini öyrənmişdir.

Fotosintetik canlılar

• Bitkilər(latreya və qızıl sarmaşıq xaric)
• İbtidai heyvanlardan yaşıl evqlena ,volvoks
• Göy yaşıl yosunlar(sianobakteriyalar)
• Yaşıl və qırmızı bakteriyalar

Fotosintezə ümumi baxış...
Bitkilər qeyri üzvi maddələrdən üzvi maddələr hazırlayırlar.Bu proses fotosintez nəticəsində baş verir.Fotosintezi yarpaqlarda olan xloroplastlar həyata keçirir.
Xloroplastlar 2 membranlıdır: xarici membran-hamar,daxili membran isə-qrışlıdır.Qırışları əmələ gətirən qranlardır.Qranlar -üst üstə yığılımış lohvəciklərdən tilakoidlərdən təşkil olunmuşdur.Tilakoidlərin membranında isə yaşıl piqment-xlorofil yerləşir.Xloroplastın daxili hissəsi yarımmaye mühitdən ibarətdir və stroma adlanır.Storma qranların arasındakı boşluqları doldurur.Stromada DNT,RNT,ATF,ribasom və fermentlər yerləşir.Xloroplastlar sahib olduqları bu DNT və ribosomlarla həm özlərini çoxaldarlar, həm də bəzi zülallar istehsal edərlər

Fotosintez zamanı qazlar mübadiləsi məsamələr-ağızcıqlar vasitəsilə baş verir.

 Məsamələr açıldığında yarpağın hüceyrələri arasında olan oksigen və su buxarı, fotosintez üçün lazım olan karbon ilə yer dəyişdirir. Beləcə ehtiyacdan artıq hazırlanmış maddələr çölə atıldığı halda, lazımi maddələr istifadə edilmək üçün içəri alınır.

Ağızcıqlar əksərən yarpaqların alt qisimlərində yerləşirlər. Bu sayədə günəş işığının mənfi təsiri minimuma endirilər. Əgər bitkidəki suyu kənarlaşdıran məsamələr yarpaqların üst qisimlərində sıx halda yerləşsəydi, çox uzun müddət günəş şüasının təsirinə məruz qalacaqdılar. Belə olduqda isə bitkinin istidən məhv olmaması üçün məsamələr bitkilərdəki suyu daim çölə atacaq, beləliklə də, bitki normadan artıq su itkisindən ötrü məhv olacaqdı. Məsamələrin bu xüsusi dizaynı sayəsində isə, bitkinin su itkisindən zərər çəkməsinin qarşısı alınmış olur. 

Xarici mühit şəraiti daim dəyişilir.Rütubət nisbəti, istilik miqdarı, qazların nisbəti, havadakı çirklilik... Yarpaqlardakı məsamələr bütün bu dəyişkən şərtlərə uyğunluq göstərə bilən quruluşdadırlar.Suyu qoruyub saxlaya bilmək üçün gün ərzində tamamilə ya da qismən bağlı qalırlar. Bu bitkilər də gündüz vaxtı fotosintez edə bilmək üçün karbon qazı qəbul etməlidirlər. Bunun normal şərtlər daxilində təmin edə bilməsi üçün məsamələr mümkün qədər açıq olmalıdır.Lakin məsamələrinin daim açıq vəziyyətdə olması zamanı bitki davamlı su itirər və bir müddət sonra da məhv olub gedər. Bu səbəblə də bitkinin məsamələri bağlı olmalıdır.İsti ərazilərdə yaşayan bəzi bitkilərdə havadakı karbon qazının yarpaqlarına daha səmərəli bir şəkildə daxil olmasını təmin edən karbon nasosları vardır və məsamələri bağlı olsa da yarpaqlarına karbon qazının daxil olması üçün kimyəvi nasoslardan istifadə edirlər. Bitkidə müəyyən bir müddət ərzində bu kimyəvi nasoslar olmadıqda, artıq o karbon qazı qəbul edə bilməyəcək, qida istehsal etməyəcək və məhv olacaq.
Xarici mühit şəraitinə uyğunlaşma ilə əlaqədar müxtəlif bitkilərini  qurluşları da müxtəlif forma və ölçüdə olur. 

"Xlorofillər, "xlorofil-a "( C₅₅H₇₂O₅N₄Mg) və "xlorofil-b"( C₅₅H₇₀O₆N₄Mg)olmaqla iki növə ayrılırlar. Bu iki növ xlorofil günəş şüasını udduqdan sonra əldə etdikləri enerjini fotosintez prosesini həyata keçirəcək fotosistemlərin içində toplayırlar.Yaşıl bitkilərin demək olar ki, hamısı bir fotosistem ilə tək mərhələli bir fotosintez prosesini reallaşdırdığı halda, bitkilərin 3%-ində fotosintezin iki mərhələli olmasını təmin edəcək iki fərqli fotosistem bölgəsi vardır. "Fotosistem I"(işıq mərhələ) və "Fotosistem II" (qaranlıq mərhələ)olaraq adlandırılan bu yerlərdə toplanan enerji daha sonra tək bir "xlorofil-a" molekuluna nəql edilir. Beləcə hər iki fotosistemdə də reaksiya mərkəzləri meydana gəlir. İşığın udulmasıyla əldə edilən enerji, reaksiya mərkəzlərindəki yüksək enerjili elektronların göndərilməsinə, yəni, itirilməsinə səbəb olur. Bu yüksək enerjili elektronlar daha sonrakı mərhələlərdə suyun parçalanıb oksigenin əldə edilməsi üçün istifadə edilir.

Fotosintez prosesi şərti olaraq 2 mərhələyə(işıq və qaranlıq) ayrılır

1.Fotosintezin işıq mərhələsi "Fotosistem-I"-xloroplastların qranların təşkil edən tilakoidlərin membranında  gedir.Bu mərhələdə əsas rolu yaşıl piqment-xlorofil oynayır.O,işıq enerjisini kimyəvi rabitələr enerjisinə çevirir.İşıq şüaları xlorofilə  təsir edir,bu zaman onun hərəkətli elektronlar "həyəcanlanaraq "xlororofildən ayrılır və tilakoidin memebranından xaricə çıxır.Nəticədə həmin yerdə "-" yüklü  sahə əmələ gəlir.Xlorofilin itən həmin elektronlarının yerinin suyun parçalanmasından(fotoliz)alınan elektronlar tutur.Su işığın təsiri ilə parçalanır.
                                H₂0   →    0H^- +H

H protonları membranın daxilində "+" yüklü sahə yaradır.OH-ionu isə elektronunu verib sərbəst radikala çevrilir.

                                          

                                   OH^--e^- → OH⁰

^{OH- aktiv olduğu üçün radikalları sərbəst qala bilmir,birləşərək fotosintezin kənar məhsulu hesab edilən malekulyar oksigeni və su əmələ gətirir.}

                                     4OH^-  → 2H₂O+O₂

 Nəticə etibarilə də su, oksigenə, protonlara və elektronlara ayrılmış olur.

Oksigen ətraf mühitə çıxır və tənəffüs zamanı istifadə olunur.

Daxili membranın xaricində xlorofilin "-" yüklü eleketronları,daxili tərəfində isə H-nin "+"yüklü protonları yığılaraq potensiallar fərqini yaradır.Potensiallar fərqi böhran səviyyəsinə çatdıqda (200mV) daxili membran boyunca düzülmüş ATF sintezata fermentinin kanalında H protonları  sürətlə daxili membranın xaricinə çıxır.Nəticədə yüksək enerji ayrılır.Yaranan bu  enerji  həmçini ATF sintezinə sərf olunur.Beləki bu zaman ADF-ə bir fosfat turşusu birləşdirməklə ATF əmələ gətirir:

                                               ADF +F →ATF

ATF-malekulları sonradan qaranlıq mərhələdə karbon atomunu tutulması prosesində iştirak etmək üçün stromaya keçir.

 Xaricə çıxan H protonları elektron verərək H atomuna çevrilir.

                                 H⁺ + e^- → H

Elektron axımının sonunda suyun ayrılmasından sonra meydana gələn protonlar və elektronlar tilakoidin daxili hissəsinə daşınmaqla hidrogen daşıyıcı molekul olan NADF (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) ilə birləşərlər. Nəticədə NADF*H molekulu əmələ gəlir. NADF*H də ATF kimi karbon atomunu tutulması prosesində iştirak etmək üçün stromaya keçir.

                                       2e^-+H⁺+NADF →  NADF *H

Beləliklə fotosintezin işıq mərhələsində malekulyar oksigen- O₂    ,hidrogen atomu-H və ATF əmələ gəlir. 

2.Fotosintezin qaranlıq mərhələsi-"Fotosistem-II"-Fotosintezin ikinci mərhələsi olan qaranlıq mərhələ ya da Calvin tsikli adlanır ,xloroplastın stromasında baş verir.Qaranlıq mərhələnin  getməsi üçün işığın olması vacib deyil. Bu mərhələ işığın iştirakı olmadan gedə bildiyindən onu qaranlıq fazası və ya karbon fiksasiyası fazası adlandırırlar. Qaranlıq fazasında havadan udulan karbon qazının mənimsənilməsi və sadə karbohidratların yaranması baş verir. Bu zaman işıq fazasının məhsullarından istifadə edilir. C6H12O6 molekulları yaranır. Qaranlıq mərhələsində yaranan sadə karbohidratlardan (qlükozadan) daha sonra müxtəlif polisaxarıdlər – nişasta, sellüloza və həmçinin digər üzvi birləşmələr yaranır.İşıqlıq mərhələ nəticəsində meydana gələn enerji yüklü ATF və NADF*H molekullarından karbondioksidi təbii karbona çevirmək məqsədiylə istifadə edilir.Qaranlıq mərhələnin son məhsulu, hüceyrənin ehtiyac duyduğu digər üzvi birləşmələr üçün başlanğıc maddəsi olaraq istifadə ediləcək.

Qaranlıq mərhələdə qlükozanın yaranması necə gedir?

Stomada daim 5 atomlu karbon birləşməsi-pentoza olur.Bitkiyə isə daimCO₂daxil olur.Pentoza  (C₅)     CO₂  ilə birləşərək 6 karbonlu birləşmə-heksozanı(C₆) əmələ gətirir.Heksoza davamsız birləşmə olduğundan 2 ədəd 3 karbonlu birləşməyə-triozaya (C₃)   
 parçalanır.Hər bir tioza ATF-dən bir fosfat turşusu qəbul edərək malekulunu enerji ilə zənginləşdirir. Sonra triozalar NADF*H dan özünə bir H atomu birləşdirərək karbohidrat-C₆H₁₂O₆ əmələ gətirir.

                                C_{5 →}  C_{6 →}  2C_3→  C₆ → C₆H₁₂O₆

Triozaların bir qismi isə birləşərək pentozaları əmələ gətirərək yenidən dövriyəyə qoşulur.Bu proses Kalvin tsikli adlanır.

Mahiyyətcə fotosintez okdiləşmə reduksiya reaksiyasıdır.Burada udulan karbon qazı oksidləşdirici,su isə reduksiyaedicicdir.

Fotosintezin yekun tənliyi:

                                 6CO₂+6H₂0 → C₆H₁₂O₆+6O₂-Q

Qlükozanın istifadəsi

• Buraxılan enerji saxlanılma üçün həll olunan nişastaya çevrilə bilər
• Şəkər hüceyrə divarları üçün sellülozaya çevrilir.
• Şəkər, nitrat və digər qidalandırıcı maddələr zülalları əmələ gətirmək üçün amino-turşulara çevrilir.
• Şəkər toxumlarda saxlanılma üçün lipidlərə (piy və yağlar) çevrilir.

Fotosintezin sürəti

Fotosintezin sürətinə bir sıra faktorlar təsir göstərir:

• İşığın intensivliyi – daha çox işıq, daha çox sürət.
• Karbon dioksid konsentrasiyası – daha çox karbon dioksid, daha çox sürət.
• Temperatur – yüksək temperatur fotosintezin sürətini artırır, çünkio fermentlərlə idarə olunur. Amma çox yüksək temperatur enzimlərin təbii xüsusiyyətlərini dəyişə və sürəti azalda bilər.

Bu amillərdən biri çatışmadıqda, təchizat fotosintezin sürətini məhdudlaşdıracaq.
 

Qrafikdəki A xətti göstərir ki, işığın intensivliyi artan kimi fotosintezin sürəti də artır.

Sonda xətt bərabərləşir və artan işıq intensivliyinin sürətə heç bir təsiri olmur.

Amma B xətti göstərir ki, temperatur artıqda sürət də sonradan artır. Bununla belə temperatur məhdudlaşdırıcı amil olmalı idi.

Fotosintez zamanı bitkilər işığın hansı spektrindən istifadə edirlər?

 Bitkilər hüceyrələrindəki xlorofil maddələrinin işıq enerjisinə qarşı həssas olmaları sayəsində fotosintez edə bilərlər. Buradakı əhəmiyyətli məqam xlorofil maddələrinin çox xüsusi bir dalğa uzunluğundakı şüaları istifadə etmələridir. Günəş tam olaraq xlorofilin istifadə etdiyi bu şüaları yayır. Yəni, günəş işığıyla xlorofil arasında tam mənasıyla bir ahəngdarlıq mövcuddur.

Amerikalı astronom Corc Greenstein “the symbiotic universe” adlı kitabında bu qüsursuz ahəngdarlıq haqqında bunları yazır:

Fotosintezi həyata keçirən molekul xlorofildir... Fotosintez mexanizmi bir xlorofil molekulunun Günəş şüasını udmasıyla başlayar. Amma bunun reallaşa bilməsi üçün, işıq doğru rəngdə olmalıdır. Səhv rəngdəki işıq işə yaramayacaq

Bitkilər fotosintez zamanı yeganə enerji mənbəyi olan günəş şüasından istifadə edirlər.Günəş şüasındakı dalğaların sınması ilə meydana gələn və spektr adlandırılan rəng ardıcıllığının bir ucunda qırmızı və sarı rəngin çalarları, o biri ucunda isə mavi və bənövşəyi rəngin çalarları mövcuddur. 

Bitkilər fotosintez əsnasında günəş şüalarının spektrinin iki ucundakı rəngləri, daha doğrusu dalğa uzunluqlarını tuturlar. Bunun müqabilində spektrin ortasında yerləşən yaşıl rəngin çalarlarındakı şüaların bir qədərini tutub böyük bir hissəsini isə əks etdirərlər. Bunu da xloroplastların içində olan xlorofil piqmentleri sayəsində həyata keçirirlər. Yarpaqların əsasən yaşıl rəngdə görünmələrinin səbəbi də məhz budur

İşıq spektrinin görunən hissəsi 0,40-0,70mkm-dir.Bitkilər fotosintez zamanı görünən şüanın -qırmızı,qırmızı yosunlar-yaşıl,qonur yosunlar isə -bənövşəyi spektirindən istifadə edirlər.

Fotosintezin əhəmiyyəti. Fotosintez prosesində az enerjili maddələr olan karbon qazı və sudan yüksək enerjili maddə – qlükoza yaranır. Bitki yarpağı üzərinə düşən enerjinin 1%-dən,xlorella yosunu  isə -12% istifadə edir.Bitkilər bu zaman işıq enerjisinin kimyəvi rabitələr enerjisinə çevirir.. Bundan başqa, fotosintez prosesində atmosferə oksigen xaric olur ki, bu da orqanizmlərin tənəffüsü zamanı istifadə edilir.

 Fotosintezin Məhsuldarlığı:

1m² yarpaq sahəsində 1 saat ərzində 1q üzvi maddəyə bərabərdir.

Heterotrof orqanizmlər fotosintez məhsullarından istifadə edərək karbohidratları parçalamaqla ATF əldə edirlər.

Fotosintez və tənəffüsün fərqləri

Xemosintez

 Bakteriyaların bəziləri də qeyri-üzvi maddələrdən üzvi maddələr sintez edə bilirlər. Lakin bu zaman onlar enerji mənbəyi kimi günəş enerjisindən deyil, kimyəvi reaksiyalar enerjisindən istifadə edirlər. Bu proses xemosintez adlanır.Bu proses S.N.Vinoqradski tərəfindən kəşf olunub.

Xemosintetik canlılar

• Azot bakteriyaları
• Kükürd bakteriyaları
• Hidrogen bakteriyaları
• Dəmir bakteriyaları