Fotosintesis: Tindak balas Cahaya 1

Perincian tentang tindak balas gantungan cahaya bagi fotosintesis.

Dalam video sebelum ini,
kita belajar sedikit tentang

fotosintesis.

Secara am,
ia ialah sebuah proses yang bermula daripada

foton, air, dan karbon dioksida,

kita gunakan tenaga dalam foton
untuk mengikat karbon.

Pada dasarnya,
pengikatan karbon bermakna

karbon dalam bentuk gas, dalam kes ini,
iaitu karbon dioksida

mengikatnya pada
struktur pejal.

Struktur pejal ini ialah
karbohidrat.

Produk sampingan pertama
bagi fotosintesis ialah

rantaian 3-karbon ini,
gliseraldehid 3-fosfat.

Ia boleh digunakan untuk
membentuk glukosa atau

karbohidrat.

Jadi,
mari kita cuba dalami dan

fahami apa sebenarnya yang berlaku
dalam setiap peringkat

fotosintesis.

Ingat,
terdapat 2 peringkat, iaitu

tindak balas gantungan cahaya dan

tindak balas bebas cahaya.

Saya tidak suka menggunakan
"tindak balas gelap" kerana

ia juga berlaku semasa terdapat
cahaya matahari.

Ia sebenarnya berlaku
secara serentak

dengan tindak balas cahaya.

Ia cuma tidak perlukan foton
daripada matahari.

Mari kita fokuskan pada
tindak balas gantungan cahaya,

iaitu tindak balas yang menggunakan
foton daripada matahari,

atau foton daripada
lampu pemanas

yang terdapat di
rumah tanaman anda,

dan gunakan foton ini
bersama-sama air untuk

menghasilkan ATP dan mengurangkan
NADP+ kepada NADPH.

Ingat, "pengurangan" bermakna
mendapat elektron atau atom hidrogen.

Ia adalah sama, sebab,
apabila anda mendapat atom hidrogen,

anda juga mendapat elektronnya,
ini kerana hidrogen tidak bersifat

elektronegatif,
anda mendapat semua elektronnya.

Jadi,
mendapat hidrogen dan elektron.

Mari kita kajinya dengan
lebih lanjut.

Sebelum itu,
adalah baik untuk

tahu sedikit tentang
anatomi tumbuhan.

Biar saya lukis beberapa
sel tumbuhan.

Sel tumbuhan ada sel dinding,
ia patut

kelihatan tegar.

Katakan,
semua ini ialah sel tumbuhan.

Setiap bentuk sisi empat ini

ialah sel tumbuhan.

Dalam sel tumbuhan,
terdapat

kloroplas.

Ingat, organel adalah
seperti organ sel.

Ia ialah subunit,

subunit yang disempadani
membran sel.

Sel-sel ini mengandungi
nukleus dan DNA

dan sebagainya yang biasanya
dikaitkan dengan sel,

tapi saya takkan lukis di sini.

Saya hanya akan lukis
kloroplas.

Sel tumbuhan yang biasa--
Terdapat organisma yang lain

yang melakukan fotosintesis,
tapi

kita akan fokuskan
pada tumbuhan

kerana ia selalu
dikaitkan dengannya.

Setiap sel tumbuhan mengandungi
10-50 kloroplas.

Saya sengaja gunakan hijau
kerana

kloroplas mengandungi klorofil.

Bagi mata kita,
ia kelihatan hijau.

Ingat, ia hijau kerana
ia memantulkan cahaya hijau,

tapi menyerap cahaya
merah dan biru

serta gelombang cahaya
yang lain.

Sebab itu,
ia kelihatan hijau.

Ini kerana ia memantul.

Tapi,
ia menyerap gelombang yang lain.

Bagaimanapun,
kita akan mendalaminya.

Terdapat 10-50 kloroplas di sini.

Mari kita zum masuk
satu kloroplas.

Biar saya jelaskannya.

Ini ialah
sel tumbuhan.

Ini ialah
sel tumbuhan.

Setiap satu benda hijau ini
ialah

organel yang dipanggil kloroplas.
Mari kita zum masuk

kloroplas.

Jika kita zum masuk satu kloroplas,
ia ada

membran seperti ini.

Terdapat bendalir dalam kloroplas,
dalam membran,

jadi bendalir ada di sini.

Semua ini ialah bendalir.

Ia dipanggil stroma.

Stroma bagi kloroplas.

Dalam kloroplas,

terdapat timbunan membran
yang berlipat.

Tengok jika saya dapat lukisnya.

Mungkin terdapat 1, 2 yang bertimbun.

Setiap membran ini--
Anda dapat melihatnya sebagai

penkek--
Biar saya lukis beberapa lagi.

Mungkin terdapat sedikit lagi di sini,

mungkin sedikit lagi di sini.

Setiap satu penkek yang
kelihatan leper ini

dipanggil tilakoid.

Jadi,
ini dipanggil tilakoid.

Ini ialah tilakoid.

Tilakoid ada membran.

Membran ini sangat penting.

Kita akan zum masuk nanti.

Ia ada membran,
saya akan warnakannya.

Dalam tilakoid, ruang ini,
terdapat bendalir

dalam tilakoid,
dalam kawasan ini,

warna hijau muda di sini,

ia dipanggil
ruang tilakoid atau lumen tilakoid.

Ingat semua istilah kita.

Timbunan tikaloid seperti ini

dipanggil grana.

Timbunan ini dipanggil
tilakoid.

Ini ialah grana.

Ini ialah organel.

Ahli biologi evolusi percaya bahawa

organel ialah organisma bebas
pada waktu dulu,

kemudian,
ia bergabung dengan organisma yang lain

dan mula hidup dalam sel-selnya.

Ia ada DNAnya sendiri.

Mitokondria ialah contoh yang lain
bagi organel.

Ia dipercayai bahawa
mitokondria, atau moyang mitokondria,

ialah organisma bebas
pada waktu dulu.

Kemudian,
ia bergabung dengan sel-sel lain dan kata,

"Hei, jika saya berikan awak tenaga,
mungkin awak

boleh berikan saya makanan
atau apa-apa".

Jadi,
kedua-duanya berevolusi bersama

dan membentuk satu organisma.

Ia membuatkan anda terfikir bagaimana
manusia mungkin berevolusi-- Bagaimanapun,

itu perkara yang berbeza.

Jadi,
terdapat ribosom di sini.

Adalah baik memikirkan bahawa

Pada satu titik masa
semasa waktu berevolusi dulu,

moyang organel mungkin

ialah organisma bebas.

Bagaimanapun,
setakat itu saja spekulasi kita.

Mari kita zum masuk salah satu
membran tilakoid ini.

Saya akan zum masuk.

Biar saya lukis sebuah kotak.

Biar saya zum masuk
dari situ.

Ini ialah kotak zum masuk saya.

Biar saya besarkannya

seperti ini.

Ini ialah kotak zum masuk saya.

Kotak kecil ini adalah
sama dengan kotak ini.

Kita akan zum masuk
membran tilakoid.

Ini ialah
membran tilakoid.

Ia ialah
lapisan ganda fosfolipid.

Ia ada hidrofili,
ekor hidrofobik.

Saya boleh lukisnya begitu.

Apa yang penting bagi
fotosintesis ialah

ini ialah membrannya.

Di bahagian luar membran,
di sini,

terdapat bendalir yang
memenuhi keseluruhan

kloroplas.
Jadi, terdapat stroma di sini.

Ruang ini ialah
bahagian dalam

tilakoid.

Ini ialah lumen.

Saya warnakannya
merah jambu di sini.

Ini ialah lumen, iaitu

ruang tilakoid.

Dalam membran ini,
ia seperti apa yang biasa dilihat

jika anda memikirkan mitokondria dan

rantaian pengangkutan elektron.

Apa yang saya akan terangkan
dalam video ini ialah

rantaian pengangkkutan elektron.

Mungkin banyak orang tidak menganggapnya
rantaian pengangkutan elektron,

tapi ia ialah idea yang sama.

Idea umum yang sama.

Dalam membran ini,
terdapat protein dan

kompleks protein serta molekul

yang merentas membran ini.

Biar saya lukis
beberapa daripadanya.

Saya akan panggilnya
fotosistem II.

Memang ia dipanggil begitu,
iaitu

fotosistem II.

Mungkin terdapat kompleks yang lain.

Ia adalah sangat rumit.

Saya akan mencuri melihat
rupa sebenar

fotosistem II.

Ini ialah rupa sebenar
fotosistem II.

Seperti yang anda boleh lihat,
ia adalah rumit.

Bahagian berbentuk silinder ini
ialah protein.

Bahagian hijau ini ialah
molekul klorofil.

Terdapat banyak benda
di sini.

Semuanya bercampur aduk
di sini.

Rasanya, perkataan "kompleks"
paling sesuai digunakan.

Sekumpulan protein dan molekul
bercampur aduk

untuk melakukan
fungsi tertentu.

Kita akan melihatnya nanti.

Jadi,
inilah rupa fotosistem II.

Terdapat juga
fotosistem I.

Terdapat molekul dan
kompleks yang lain.

Terdapat kompleks sitokrom B6F,
saya akan lukisnya

dengan warna yang berbeza.

Saya tidak mahu mendalaminya

kerana apa yang paling penting
adalah untuk memahami.

Jadi, terdapat kompleks protein yang lain,
kompleks molekul protein

yang terdapat dalam membran.

Saya akan beritahu anda idea umum dan

kita akan mendalaminya,
iaitu apa yang berlaku

semasa tindak balas cahaya,
atau tindak balas gantungan cahaya.

Terdapat beberapa foton

daripada matahari

yang bergerak 93 juta batu.

Foton memasuki sini
dan merangsang

elektron dalam
molekul klorofil,

dalam molekul klorofil A.

Di fotosistem II--
Saya takkan terangkan selanjutnya,

tapi ia merangsang
molekul klorofil

agar elektron ini berada dalam
keadaan tenaga tinggi.

Mungkin saya tak patut
melukisnya begitu.

Ia berada dalam keadaan
bertenanga tinggi.

Apabila ia bergerak
dari molekul ke molekul,

kadar tenaganya semakin berkurang.

Apabila kadar tenaganya berkurang,

terdapat atom hidrogen,
atau proton hidrogen

tanpa elektron.

Jadi,
terdapat proten hidrogen.

Proton hidrogen akan dipam
ke dalam lumen.

Ia dipam ke dalam lumen,
anda mungkin masih ingatnya

daripada rantaian pengangkutat elektron.

Dalam rantaian pengangkutan elektron,
apabila elektron bergerak daripada

keadaan tenaga tinggi kepada
keadaan tenaga rendah,

tenaganya digunakan
untuk mengepam

hidrogen ke dalam membran.

Dalam keadaan itu,
ia berada dalam mitokondria, di sini,

membran ini ialah
membran tilakoid.

Bagi kedua-dua kes,
terbentuknya gradien iaitu--

pada dasarnya,

kadar tenaga elektron berubah daripada tinggi

kepada semakin rendah.

Elektron akan berada di
fotosistem I dan dilanggar

foton yang lain.

Itu ialah kaedah mudah,
tapi anda boleh

memikirkan begitu.

Elektron berada dalam keadaan
tenaga tinggi,

kemudian tenaganya
semakin berkurang.

Tapi,
sepanjang masa itu, tenaga daripada elektron

yang berada dalam keadaan
tenaga tinggi dan rendah

digunakan untuk mengepam
proton hidrogen ke dalam lumen.

Jadi, terdapatnya

tumpuan proton hidrogen
yang banyak.

Seperti apa yang kita lihat dalam
rantaian pengangkutan elektron,

tumpuan proton hidrogen ini akan

digunakan untuk mendorong
sintesis ATP.

Tengok jika saya dapat lukis

sintesis ATP.

Mungkin anda masih ingat bahawa
sintesis ATP

kelihatan seperti ini.

Jadi,
di sini terdapat tumpuan

proton hidrogen yang banyak.

Ia mahu kembali ke

stroma dari lumen.

Memang ia kembali.

Ia melalui sintesis ATP.

Biar saya gunakan warna baru.

Proton hidrogren ini akan kembali.

Gradiennya akan berkurang.

Apabila gradiennya berkurang,
ia sebenarnya--

ia seperti enjin.

Saya akan mendalaminya apabila
saya bercakap tentang respirasi.

Ia mengubah bahagian atas

sintesis ATP.

Ia mengumpulkan kumpulan
ADP dan fosfat.

Ia mengumpulkan kumpulan
ADP+ dan fosfat

untuk menghasilkan ATP.

Jadi,
itu adalah secara umum.

Saya akan mendalaminya nanti.

Proses yang saya terangkan tadi
dipanggil

pemfotofosforilan.

Biar saya gunakan warna lain.

Kenapa ia dipanggil begitu?

Sebab,
kita menggunakan foton.

Itu ialah bahagian foton.

Kita menggunakan cahaya.

Kita menggunakan foton untuk
merangsang elektron dalam klorofil.

Elektron ini bergerak dari molekul,
dari

satu penerima elektron ke
penerima elektron yang lain, kadar tenaganya

semakin berkurang.

Apabila tenaganya semakin berkurang,
ia akan

mengepam proton hidrogen dari

stroma ke lumen.

Kemudian,
proton hidrogen akan kembali.

Anda boleh panggilnya--
kemiosmosis

proton hidrogen akan kembali ke stroma,
ini akan mendorong

sintesis ATP.

Ini ialah sistensis ATP.

Sintesis ATP menggabungkan ADP dan

fosfat untuk menghasilkan ATP.

Semasa saya bercakap tentang
tindak balas cahaya

dan tindak balas gelap,
saya kata, tindak balas cahaya ada

2 produk sampingan.

Ia ada ATP dan juga--
sebenarnya, ia ada 3 produk sampingan.

Ia ada ATP dan NADPH.

NADP akan dikurangkan.

Ia mendapat elektron dan hidrogen ini.

Jadi,
apa maknanya?

Jika kita bercakap tentang
pemfotofosforilan oksidaan tak berkitar,

atau tindak balas cahaya tak berkitar,

ia ialah penerima elektron terakhir.

Selepas tenaga elektron
semakin berkurang,

penerima elektron terakhir

ialah NADP+.

Setelah ia menerima elektron
dan proton hidrogen,

ia menjadi NADPH.

Saya juga kata sebahagian proses ini,
air-- dan ini

adalah sangat menarik--
Air dioksidakan

kepada molekul oksigen.

Ia berlaku di mana?

Apabiila saya kata, fotosistem I di sini,
bahawa kita ada

molekul klorofil ada
elektron yang dirangsang

dan ia berada dalam keadaan
tenaga lebih tinggi.

Kemudian, elektron itu dipindahkan
dari satu tempat ke

tempat yang lain,
soalannya, apa yang digunakan

untuk menggantikan elektron itu?

Apa yang berlaku ialah,
kita menggunakan

elektron dalam air.

Jadi di sini,
terdapat H2O di sini.

H2O mendermakan
hidrogen dan elektronnya.

Bayangkan ia mendermakan
2 proton hidrogen

dan 2 elektron untuk menggantikan
elektron yang dirangsang oleh

foton.

Elektron dipindahkan ke

fotosistem I dan akhirnya
berada di NADPH.

Jadi,
elektron dikeluarkan dari air.

Apabila elektron dan hidrogen
dikeluarkan,

yang tinggal ialah
molekul oksigen.

Tujuan saya fokuskan pada ini
adalah kerana

sesuatu yang sangat penting
berlaku di sini.

Sekurang-kurangnya
dari segi kimia,

sesuatu yang sangat penting berlaku.

Air dioksidakan.

Dalam alam biologi,
satu-satunya tempat

yang diketahui di mana
agen pengoksidaan yang cukup kuat

untuk mengoksidakan air,
iaitu mengeluarkan elektron

daripada air,

maknanya,

mengeluarkan elektron dari oksigen,

jadi,
oksigen dioksidakan,

satu-satunya tempat yang diketahui di mana
agen pengoksidaan

adalah cukup kuat untuk melakukannya
adalah di fotosistem II.

Jadi, ia sangat penting,
biasanya elektron

sangat gembira dalam air.

Ia sangat gembira
mengelilingi oksigen.

Oksigen ialah atom yang
bersifat elektronegatif.

Sebab itu, ia dipanggil pengoksidaan,
ini kerana oksigen

sangat cekap
mengoksidakan sesuatu.

Tapi secara tiba-tiba,
kita menemui sesuatu yang

mengoksidakan oksigen,
sesuatu yang mengeluarkan oksigen

dan kemudian memberikan elektron
kepada klorofil.

Elektron ini dirangsang
oleh foton.

Kemudian,
foton ini berada dalam keadaan

tenaga yang semakin rendah.

Foton dirangsang sekali lagi
di fotosistem I oleh

set foton yang lain
dan berada dalam keadaan

tenaga yang semakin rendah.

Akhirnya,
ia berada di NADPH.

Sepanjang masa apabila foton berada
dalam keadaan tenaga semakin rendah,

tenaganya digunakan untuk
mengepam hidrogen

melintasi membran
dari stroma ke lumen.

Gradien itu digunakan
untuk menghasilkan ATP.

Dalam video seterusnya,
saya akan terangkan lebih lanjut

apa yang dimaksudkannya dari segi
keadaan tenaga elektron

serta keadaan
tenaga semakin tinggi dan rendah.

Pada dasarnya,
ini ialah apa yang berlaku.

Elektron dirangsang.

Akhirnya,
elektron ini akan berada di NADPH.

Apabila elektron dirangsang dan
berada dalam keadaan

tenaga yang semakin rendah,
ia mengepam

hidrogen berdasarkan gradien.

Gradien ini digunakan untuk mendorong
sintesis ATP,

untuk meghasilkan ATP.

Elektron yang dirangsang
sebelum ini

perlu diganti.

Elektron yang diganti itu akan
dikeluarkan daripada H2O.

Jadi, proton hidrogen dan
elektron daripada H2O

dikeluarkan dan yang tinggal ialah
molekul oksigen.

Untuk menghayati
kekompleksan semua ini--

Saya telah tunjukkan ini tadi--

Ini bukan gambar untuk

fotosistem II.

Sebenarnya,
tiada silinder seperti ini.

Silinder ini mewakili protein.

Molekul hijau yang nampak
seperti perancah ini

ialah klorofil A.

Apa yang berlaku ialah
foton melanggar--

sebenarnya,
ia bukannya selalu melanggar klorofil A.

Ia juga boleh melanggar apa yang dipanggil
molekul antena.

Molekul antena ialah
jenis klorofil yang lain,

sebenarnya,
ia jenis molekul yang lain.

Foton, atau satu set foton, datang ke sini
dan mungkin ia

merangsang beberapa elektron,
ia tidak perlu berada dalam

klorofil A.

Ia mungkin berada dalam
jenis klorofil yang lain ini,

Anda boleh panggil jenis
yang lain ini sebagai

pigmen molekul yang akan
menyerap foton ini.

Elektronnya akan
dirangsang.

Anda boleh bayangkannya
sebagai getaran.

Tapi,
apabila anda bercakap tentang kuantum,

getaran sebenarnya
tidak logik.

Tapi,
ia ialah analogi yang baik.

Elektron bergetar dalam
perjalanannya ke klorofil A.

Ini dipanggil
tenaga resonans.

Elektron bergetar sepanjang perjalanannya
ke klorofil A.

Dalam klorofil A,
elektron akan dirangsang.

Penerima elektron yang pertama
ialah molekul

ini,

feofitin,

sesetengah orang
memanggilnya feo.

Dari sini,
ia bergerak dari 1 molekul

ke molekul yang lain.

Saya akan bercakap lebih lanjut tentangnya
dalam video seterusnya.

Tapi,
ini adalah menarik.

Lihat betapa rumitnya ini.

Pada dasarnya,
merangsang elektron dan menggunakan

elektron untuk memulakan
proses mengepam

hidrogen melintasi membran.

Tempat ini adalah menarik.

Sini ialah tapak pengoksidaan.

Saya sangat teruja tentang
idea mengoksidakan air.

Sini ialah tempat di mana
ia berlaku dalam

kompleks fotosistem II.

Mekanisma ini sangat rumit.

Ia hal yang serius untuk
mengeluarkan elektron

dan hidrogen
daripada molekul air yang sebenar.

Kita akan berhenti di sini.

Dalam video seterusnya,
saya akan bercakap lebih banyak tentang

keadaan tenaga ini.

Saya akan menyentuh tentang
molekul yang lain

yang bertindak sebagai
penerima hidrogen,

atau anda juga boleh

menganggapnya penerima elektron.