ФотосинтездіҢ энергиясы
1. Күн сәулесінің спектрінің маңызы.Фотосинтез процесі фотохимияның негізгі заңдарына бағынатынын алғаш рет К. А. Тимирязев дәлелдеп берді. Фотохимия заңы бойынша күн сәулесінің энергиясы белгілі мөлшерде жұмыс жасау үшін өсімдік организміне сіңірілуі тиіс.
Қанттың бір грамм-молекуласы синтезделуі үшін күн сәулесінің 686 үлкен калориясы жұмсалады. 450 миллиард органикалық зат жинау үшін өсімдіктер қаншама энергия жұмсайды десеңізші?!
Кейінгі кездегі көзқарастарға қарағанда, фотосинтез энергиясы үш кезеңнен тұратыны байқалады. Бірінші кезең — хлорофилл сіңірген күн сәулесінің энергиясын фотохимиялық жолмен суды ыдыратуға («фотолизге») жүмсайды. Бұл кезде су ыдырайды да одан сутегі және оттегі бос күйінде белініп шығады. Екінші кезеңде тотығу-тотықсыздану реакциялары өтеді. Бұлардың өтуі үшін хлорофилден басқа электрондарды тасымалдайтын цитохромдар мен т. б. тасымалдаушылар қатынасады. Электрондар күн сәулесінің эиергиясы арқылы судан НАДФ-қа жеткізіледі. Сөйтіп НАДФН2, сонымен бірге АТФ синтезделеді. Оларда күн сәулесінің энергиясы жиналады.
Үшінші кезең — синтезделген НАДФН2 және АТф-тың энергиясы көмірқышқыл газын кемірсуларға дейін тотықсыздандыруға жұмсалады. Фотосинтез процесі күн сәулесінің әртүрлі спектрінде әр қилы қарқындықпен өтеді. Өйткені әртүрлі спектрде әр энергияның мөлшері түрліше болады. Бір сезбен айтқанда, күн сәулесі жарқырап тұрғанымен, оның химиялық әрекетшілдігі темен болуы да, сондай-ақ оған керісінше арта түсуі де мүмкін.
Хлорофилл күн сәулесін мол қабылдайтын болса да есім-діктер көмірқышқыл газын сіңірмейді. Бұл мәселені К. А. Тимирязев эксперимент арқылы шешкен болатын. Күн сәулесінің қызыл спектрін әсіресе хлорофилл мол сіңіреді. Өйткені оларда энергия көп. Сондықтан да қызыл спектрде көмірқышқыл газы тез арада көмірсуларға айналады.
XIX ғасырдың екінші жартысында жазылған К. А. Тимирязевтін, еңбегіне және жүргізген тәжірибесіне дейін фотосинтездің жарық сіңіру заңдылығы анықталмаған еді. Оған дейін ғалымдар хлорофилдің сәулені ең көп сіңіруін спектрдің сары бөлігінде жүруіне байланыстырып келді.
К. А. Тимирязев осы үғымның қате екендігін дәлелдейді. Зерттеушілер, оның ішінде немістің атақты физигі Дрэпер тәсілдің жетілдірілгендігінен фотосинтезде таза сары сәуледе емес, шындығында, ақ жарықпен зерттеді. Себебі, сол кездегі зерттеу әдісінде монохроматты сәуледе газдарды анализдеп тәжірибе жүргізуге болмайтын еді, яғни бір толқынды сәуле ұзындығымен фотосинтез қарқынын күшейту мүмкін емес еді. К. А. Тимирязев газды анализдеу әдісін жетілдіре отырьш, өте шамалы жарықта таза монохромды жарықпен жұмыс істеді және сіңірілген энергия мен фотосинтез арасында тығыз үйлесімділіктің, болатынын көрсетті. Қызыл сәулені хлорофилл мол сіаіргенде фотосинтез қарқынды өтеді. Қ. А. Тимирязевтің бұл қорытындысы биолог-материалистерге ғылыми дұрыс бағыт берді.
К А. Тимирязев энергия сақталу заңынын, фотосинтез үшін толық қолданылатынын дәлелдеп, виталистердің «өмір күші» бар деген дәлелеіз қорытындыларын тас-талқан етті. Фотосинтездің жоғарғы шектері: біреуі — қызыл, ал екіншісі, аз мөлшердегісі — көкшіл, күлгін сәулелерде болатынын анықтады.
Фотосинтез процесінде көмірқышқыл газындағы көміртегінің молекулалары көмірсуға дейін тотықсыздану үшін сутегінің төрт атомы қажет. Ол атом судың екі молекуласынан шығады. Оны мына формулалардан көруге болады:
СО2 + 4Н - СНОН + Н2О
Егер бір атом сутегін тасымалдап, көмірқышқыл газға жеткізу үшін сәуле энергиясыньщ бір кванты кетсе, төрт атом су-тегін тасымалдауға сәуленін, төрт кванты керек. Сонда фотосинтезге кеткен кванттық шығын 0,25 болады. Шын мәнісінде СО тотықсыздандыруға жүмсалатын квант мөлшері 4-тен көп, Сондықтан да кванттық шығыны 0,25-тен жоғары болады. Қванттың көп шығындалатынының себебі фотохимиялық про-цестердің әрекетшіл өнімдері құрауға кететінін аңғартады.
Қвант шығыны дегеніміз — сіңірілген квант пен реакцияға түскен СО2 молекулалары арасындағы қатынас.
Энергияның басым көпшілігі фотосинтездеу кезінде суды ыдыратуға жұмсалады да кванттын. жарым-жартысы хлорофилдің флуоресценциясына кетеді. Сондықтан да квант шығыны негізгі жағдайға байланысты анықталады.
О. Г. Варбургтың жүргізген зерттеу жұмыстарының қоры-тьщдыларына қарағанда СО2 бір молекуласын тотықсыздандыру үшін кемінде 4 квант керек. Кванттың мүндай өзгерісте болуы заңды қүбылыс. Өйткені квант шығыны әртүрлі факторлерге байланысты болады. Олардың ішіндегі ең бастысы -күн сәулесі. Мысалы, хлорелла балдыры СО2 тотықсыздандыру үшін әлсіз сәуледе 4 квант жұмсайтын болса, ал сәуле қарқынды болғанда 7-ден 12 квантқа дейін сіңіретіні мәлім.
әдебиеттердің тізімі:
1. Калкенұлы Ж. Өсімдіктер физиологиясы Алматы. «Қазақ университеті», 1996.
2. Лебедев С.И. Физиология растений москва «Агропромиздат», 1988.
3. Эккерт Р. Физиология животных. Кн. 1- М., Высш школа,1989.
4. Либберт Э. Физиология растений М., Высш школа,1989.
5. Стерки М. Основы физиологии. М., Высш школа, 1980.
6. Кенесарина Н., Өсімдіктер Физиологиясы және биохимия негіздері а., Мектеп,1989.
7. Жатқанбаев Ж. Өсімдіктер физиологиясы.-Алматы.1998.
8. Семенов Н. физиология и анатомия. М., наука,1997.
9. Косицкого А. физиология человека. Учебное пособие для ВУЗов м.,Высш школа,1988.
10, Кенжеев К. Өсімдіктер физиологиясының практикумы. –А.,Мектеп, 1989.
11. несіпбаев Н, Жануарлар физиологиясының пактикумы. А., Мектеп.1996.