Фотосинтез

Загальні відомості про фотосинтез

Поговорімо про один із

найважливіших біологічних процесів.

Якби не відбувався цей процес,
життя на Землі

не існувало б,

і я б зараз не говорив з вами.

Адже не було б звідки взяти їжу.

Я маю на увазі процес фотосинтезу.
[Напис: Фотосинтез]

Думаю, термін для вас не новий.

Головні у цій схемі - рослини.

Хоча також бактерії та водорості,
та і не лише вони.

Але, зазвичай, процес пов'язують
саме з рослинами.

Поясню якомога простіше.

Процес пов'язаний із рослинами.

Рослини його використовують.

Всі ми вивчали його у школі.

Під час цього процесу рослини
перетворюють діоксид вуглецю

та воду під дією сонячного світла

на цукор або вуглеводи.

Вуглеводи або цукор і плюс кисень.

Очевидно, що це два дуже ключові
компоненти для нас

як для живих істот.

Вуглеводи або цукор служать для нашого

тіла паливом.

Про це розповідалося у відеоуроці
про клітинне дихання.

Ми генеруємо усю нашу АТФ із глюкози
під час клітинного дихання.

Глюкоза ж є продуктом обміну або

розщепленим вуглеводом.

Це те найпростіше, що використовується
у клітинному диханні.

Друга надзвичайно важлива частина -

це отримання кисню.

Нам потрібно вдихати кисень для того,
щоб відбувалося розщеплення глюкози,

щоб дихати,

щоб проходило клітинне дихання.

Отож, ці два компоненти є
запорукою життя,

життя для тих організмів,
які дихають киснем.

Отож, даний процес не лише цікавий.

Навколо нас є організми, здебільшого
це рослини, які здатні

використовувати сонячне світло.

За 150 мільйонів кілометрів, на Сонці,

відбуваються реакції синтезу.
В результаті вивільняються протони.

Невелика частина цих протонів досягає
поверхні Землі.

Вони прокладають собі шлях крізь хмари
та все інше, що їм трапляється.

А потім рослини, бактерії та водорості
якимось чином захоплюють ці протони

і перетворюють їх на
цукор, який ми їмо.

Або, можливо, його їсть корова,
яку потім їмо ми,

якщо ми не вегетаріанці. Потім ми
можемо використати цей цукор для енергії.

Звичайно, корова не цілком
складається із вуглеводів,

просто саме вуглеводи використовуються
як паливо чи енергія для

усіх інших важливих компонентів,
які є в їжі.

Ось звідки ми отримуємо
усе наше паливо.

Вуглеводи - це паливо для тварин.

Або якщо ми їмо картоплю,
то отримуємо

наші вуглеводи безпосередньо.

Хоча і дуже просте представлення
ідеї фотосинтезу, але воно

не є хибним.

Якби вам потрібно було
знати про фотосинтез

лише одну річ, то ми її розглянули.

Але давайте ми підемо далі і заглянему
в саме серце процесу,

аби краще зрозуміти, як саме тут все
відбувається.

Це дивовижно, як фотони світла
використовуються для утворення

молекул цукру, або вуглеводів.

Тож давайте розбиратися.

Запишемо загальне рівняння
для фотосинтезу.

Ось тут я вже майже його написав.

Та я ще раз запишу, але вже по-науковому.

Починається все з діоксиду вуглецю.

Додаємо трохи води і додаємо -

я скажу не сонячне світло, а фотони,
бо саме вони

збуджують електрони у хлорофілі.

Цей процес ми розглянемо у даному відео,

а більше деталей буде у наступних
відеоуроках.

Збуджений електрон прямує до вищого
енергетичного стану,

а при переході до нижчого енергетичного
стану

отримується енергія на утворення
молекул АТФ або НАДФН,

які потрібні для творення вуглеводів.

Але про це пізніше.

Якщо говорити в загальному про
фотосинтез, то

напочатку маємо такі компоненти,
а на виході отримуємо вуглевод.

Ним може бути глюкоза,

хоча і не обов'язково.

Можемо записати вуглевод у загальному
вигляді: СН2О.

Вказуємо тут n, що означає, що таких
молекул може бути кілька.

Зазвичай, їх не менше трьох.

У випадку глюкози n=6,

а це 6 вуглеців, 12 воднів і 6 киснів.

Отож, це у нас загальний вигляд вуглеводу.

Їх кількість може бути різною.

Це можуть навіть бути досить
складні вуглеводи.

Отже, на виході ми отримуємо

вуглевод, а також кисень.

Таким чином, наше рівняння мало чим
відрізняється

від того, яке я написав раніше,
де зобразив поширене уявлення

про фотосинтез.

Мусимо зберегти баланс у рівнянні.

Для цього вкажемо n і для вуглецю
з іншого боку рівняння.

Тепер поглянемо, що у нас з воднем.

Тут 2n, значить і тут також потрібне n.

Так і запишемо.

А тепер порахуємо кисень.

Тут маємо 2n плюс ще одне n.

Отже, 3n для кисню зліва.

Справа маємо n. Ще впишу n ось тут,

і наше рівняння збалансоване.

Якщо розглядати його за кілометр,
то саме так виглядає фотосинтез.

Але якщо роздивитися деталі,

то можна помітити, що не все описане
відбувається напряму.

Насправді проходять певні етапи,
після яких ми нарешті отримуємо вуглеводи.

Тож, можна розглядати фотосинтез як
сукупність процесів.

Ще раз запишу це слово.
[Фотосинтез]

Фотосинтез можна розділити -
в цьому відео ми розглянемо лише основи,

а до детелей звернемося у наступних -

розділити на дві стадії.

Перша - це світлові реакції, або,

як їх ще називають, світлозалежні.

Краще запишу.
[Світлові реакції (Світлозалежні)]

Зрозуміло, що світлозалежні реакції
потребують світла.

Світлозалежні реакції.

Наступна стадія - це темнові реакції.

Назва невдала, адже на даній стадії
світло присутнє.

[Темнові реакції]
Записую трохи темнішим кольором.

Отож, назва невдала, бо такі реакції
відбуваються

за присутності світла.

Можливо, причина для такої назви - це

відсутність залежності від світла
у таких реакцій.

Ця частина фотосинтезу для того,
аби відбутися, не потребує фотонів.

Більш підходящою була б назва

світлонезалежні реакції.

Тож підсумуємо: світлові реакції

потребують сонячного світла.

Без фотонів вони просто не відбудуться.

Для того ж, щоб відбувалися темнові
реакції, фотони не потрібні,

хоча такі реакції і проходять при світлі.

Фотони не потрібні, але потрібні
продукти обміну

світлової стадії.

Ось звідки назва
"світлонезалежні реакції".

Вони відбуваються при світлі сонця,

але не потребують його.

Сонце потрібне в ось цьому випадку.

Ось тут без нього ніяк.

Необхідні фотони.

Коротко підсумую, і після цього вже
почнемо копати глибше.

Для початку вибудуємо каркас,
на який нанизуватимемо нові знання.

Отже, світлові реакції потребують
фотонів,

а пізніше і води.

Вода є на вході світлової реакції

і також на її виході.

І на виході в нас також буде трохи
молекулярного кисню.

Це те, що відбувається в ході
світлової реакції.

А тепер розглянемо цей процес
більш детально.

В результаті світлових реакцій
утворюються АТФ,

які у клітині виконують роль
біологічних носіїв енергії. Це ми знаємо.

Утворюються АТФ, і утворюються НАДФН.

Під час розгляду клітинного дихання
мова йшла

про молекулу НАДН.

НАДФН дуже на неї схожа.

Різниця лише в от цій Ф.

Тут присутня фосфатна група,

але сам механізм подібний.
Звернімося до цієї молекули.

Ця молекула може віддавати -
давайте добре це обдумаємо -

ця молекула може віддавати ось цей водень

і з'єднаний з ним електрон.

Тож, якщо ви віддаєте комусь електрон, або

цей хтось захоплює електрон,
то цей хтось відновлюється.

Запишу це для вас.

Так буде легше запам'ятати.

ОБМИТИ ВОДОЮ.

Окиснення - це втрата електрону.

Відновлення - це отримання електрону.

Ваш заряд понижується,
коли ви отримуєте електрон.

Адже у нього негативний заряд.

Отож, це відновлювальний агент.

Він окиснюється, втрачаючи водень,
а разом з ним і електрон.

Можна багато говорити про біологічне
та хімічне

тлумачення окиснення, але ідея в них
одна і та ж.

Коли втрачається водень, то одночасно
втрачається можливість

утримувати електрон цього водню.

Отож, ось ця річ, ось тут, під час
взаємодії з іншими сполуками

є відновлювальним агентом.

Він віддає ось цей водень і разом з ним
його електрон,

і, таким чином, інша
сполука відновлюється.

Тож, ось це є відновлювальним агентом.

Користь цього в тому, що, коли цей
водень, а особливо електрон,

приєднаний до нього,
переходить від НАДФН

до іншої молекули і переміщується на
нижчий енергетичний рівень,

ця енергія може також використовуватися
у темнових реакціях.

У клітинному диханні ми
бачили дуже схожу

молекулу, НАДН, яка в результаті циклу
Кребса і, що важливіше, в результаті

електронтранспортного ланцюга могла
брати участь

в утворенні АТФ, віддаючи свої електрони,
і вони переходили

на нижчі енергетичні рівні.

Не хочеться вас заплутати.

Отож, світлові реакції.

Беремо фотони та беремо воду, а видаємо
кисень, АТФ та НАДФН,

які можуть бути використані у
темнових реакціях.

Темнові реакції для більшості рослин
називаються циклом Кальвіна.

Ми ще матимемо нагоду заглибитися
у те, що насправді відбувається

у циклі Кальвіна, а загалом із АТФ та
НАДФН утворюється -

тут не утворюється глюкоза напряму.

Тут утворюється... - це
ви, мабуть, бачили.

Назвемо це 3ФГА.

Запишу для вас повну назву.

Це фосфогліцеральдегід.

Важко писати.

Ще є назва гліцеральдегід 3-фосфат.

Але молекула та ж сама.

Можете її собі уявляти -
хоч це і надміру спрощено -

як три атоми вуглецю із приєднаною
до них фосфатною групою.

Потім це може використовуватись при
утворенні інших вуглеводів,

в тому числі глюкози.

Якщо в нас таких сполук є дві, то
їх можна використати

для утворення глюкози.

Давайте, ще раз коротко пройдемося по
темі, раз вже вона така суперважлива.

Я маю на меті ще створити відео про
світлові та темнові реакції.

Займуся ними в першу чергу.

Отож, повернімося до фотосинтезу.
Починається усе з фотонів.

Все от це відбувається без присутності
сонця,

а от світлові реакції не зможуть
відбутися без фотонів.

Світлові реакції
напочатку мають фотони -

це якщо не вдаватися в деталі -

і мають воду.

Кисень же вони продукують.

Також вони продукують АТФ і НАДФН, які
потім використовуються

у темнових реакціях, або циклі Кальвіна,
або світлонезалежних реакціях,

бо ж все одно вони відбуваються
за наявності світла.

Проте фотони їм не потрібні.

Тож такі реакції є світлонезалежними.

Все це відбувається у зв'язці з іншими
молекулами,

про які ще буде згадуватися.

Ледь не забув про дуже важливого учасника
темнової реакції.

Нам тут ще потрібен діоксид вуглецю.

Звідси і береться вуглець для утворення

фосфогліцеральдегіду,
або гліцеральдегід 3-фосфату.

Це суперважливо.

Отож, нам потрібен діоксид вуглецю,
продукти обміну світлових реакцій,

щоб потім все це використати у циклі
Кальвіна

для утворення ось такого простого
структурного елементу інших вуглеводів.

Якщо пам'ятаєте з теми про гліколіз,

молекула 3-ФГА, була першим продуктом,
що ми отримували при розкладі глюкози

в процесі гліколізу.

А тепер ми йдемо іншим шляхом.

Ми будуємо глюкозу, аби потім її розкласти

і отримати енергію.

Отож, це був загальний огляд фотосинтезу.

У кількох наступних відео розповім

більш детально про цей процес, зокрема,
про

світлові, темнові реакції та про те,
яким же чином вони відбуваються.