Fotosintez — yashil o‘simliklar, suvo‘tlar va sianobakteriyalarning yorug‘lik energiyasi hisobiga anorganik moddalardan (CO₂ va H₂O) organik moddalar hosil qilish jarayoni. U Yerdagi deyarli barcha organik modda va atmosferadagi kislorodning manbai: biz yeydigan non, meva, go‘sht, yoqiladigan ko‘mir va neft ham oxir-oqibat fotosintez mahsuli. Fotosintez plastik almashinuvning (assimilyatsiyaning) eng muhim turi, chunki u energiyani yorug‘likdan kimyoviy bog‘larga o‘tkazadi. Imtihonda bosqichlar, ularning joyi va mahsulotlari, kislorodning kelib chiqishi, omillar va xemosintez so‘raladi; hisob masalalari ham uchraydi.
Bu jarayon energiya yutadi: hosil bo‘lgan glyukozada yorug‘lik energiyasi kimyoviy bog‘lar energiyasi sifatida to‘planadi.
Kashfiyot tarixi:
Ya. van Gelmont (XVII asr) tol daraxtini tuvakda o‘stirib, uning massasi asosan tuproq hisobiga emas, suv hisobiga ortgan degan xulosaga kelgan.
J. Pristli (1771) yopiq idishda yonayotgan sham yoki sichqon "buzgan" havoni yalpiz shoxchasi "tuzatishini" ko‘rsatgan — o‘simliklar kislorod ajratadi.
Keyinchalik bu jarayon faqat yorug‘likda va faqat yashil qismlarda borishi aniqlangan.
K. A. Timiryazev fotosintezning kosmik ahamiyatini asoslagan: o‘simlik Quyosh energiyasini tutib, Yerdagi hayotga uzatadi; u xlorofill asosan qizil nurlarni yutishini ham ko‘rsatgan.
Fotosintez: barg yorug‘lik energiyasi hisobiga CO₂ va suvdan glyukoza hosil qiladi va kislorod ajratadi
§2. Xloroplast va pigmentlar
Fotosintez xloroplastlarda boradi. Xloroplast — ikki membranali organoid; ichki membranadan yassi xaltachalar — tilakoidlar hosil bo‘ladi, ular tangalar kabi taxlanib granalarni tashkil etadi. Granalar orasidagi suyuq modda — stroma; unda fermentlar, DNK va ribosomalar bor (xloroplast o‘z oqsillarining bir qismini o‘zi sintezlaydi).
Pigmentlar tilakoid membranalarida joylashgan:
xlorofill a va xlorofill b — asosan qizil va ko‘k-binafsha nurlarni yutadi, yashil nurni qaytaradi (shuning uchun barg yashil ko‘rinadi); xlorofill molekulasi markazida magniy atomi bor;
karotinoidlar (sariq va to‘q sariq) — qo‘shimcha nurlarni yutib, energiyani xlorofillga uzatadi va uni ortiqcha yorug‘likdan himoya qiladi. Kuzda xlorofill parchalanganda karotinoidlar ko‘rinib qoladi — barglar sarg‘ayadi.
Barg — fotosintez organi: ustunsimon parenximada xloroplastlar eng ko‘p, ustitsalar orqali CO₂ kiradi va O₂ chiqadi, tomirlar orqali suv keladi va hosil bo‘lgan shakar olib ketiladi.
§3. Yorug‘lik bosqichi
Joyi — tilakoid membranalari; faqat yorug‘likda boradi.
Xlorofill yorug‘lik kvantini yutadi, uning elektronlari qo‘zg‘aladi (yuqori energetik darajaga ko‘tariladi) va tashuvchilar zanjiriga uzatiladi.
Suv fotolizi — yorug‘lik ta’sirida suv parchalanadi: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂. Elektronlar xlorofilldagi "bo‘sh joy"ni to‘ldiradi, erkin kislorod esa qo‘shimcha mahsulot sifatida atmosferaga chiqadi.
Elektronlar tashuvchilar zanjiri bo‘ylab harakatlanganda ajralgan energiya hisobiga ADF va fosfatdan ATF sintezlanadi.
Elektronlar va vodorod ionlari NADF⁺ ga biriktirilib, NADF·H₂ (qaytarilgan tashuvchi) hosil bo‘ladi.
Mahsulotlari: O₂ (atmosferaga), ATF va NADF·H₂ (keyingi bosqich uchun energiya va vodorod manbai).
Fotosintezda ajraladigan kislorod suvdan kelib chiqadi, CO₂ dan emas.
§4. Qorong‘ilik (yorug‘likka bog‘liq bo‘lmagan) bosqich
Joyi — xloroplast stromasi. Bu bosqichga yorug‘lik bevosita kerak emas, lekin yorug‘lik bosqichi mahsulotlari — ATF va NADF·H₂ — kerak. Shuning uchun u aslida kunduzi, yorug‘lik bosqichi bilan birga boradi; "qorong‘ilik" nomi faqat yorug‘likni bevosita talab qilmasligini bildiradi.
Kalvin sikli: CO₂ fermentlar yordamida besh uglerodli birikmaga biriktiriladi; hosil bo‘lgan birikmalar ATF energiyasi va NADF·H₂ vodorodi hisobiga qaytariladi; natijada glyukoza hosil bo‘ladi, besh uglerodli birikma esa qayta tiklanadi va sikl davom etadi.
Bitta glyukoza molekulasi uchun siklga 6 ta CO₂ molekulasi kiradi.
Glyukozadan keyinchalik kraxmal (zaxira), saxaroza (floema orqali tashiladi), sellyuloza (hujayra devori), shuningdek mineral moddalar ishtirokida aminokislotalar, oqsillar va yog‘lar hosil bo‘ladi.
yorug‘lik intensivligi — ma’lum chegaragacha ortishi bilan tezlik ortadi;
CO₂ konsentratsiyasi — havoda taxminan 0,03–0,04%; issiqxonalarda CO₂ ni oshirish hosilni ko‘paytiradi;
harorat — fermentativ jarayon bo‘lgani uchun optimum taxminan 25–30 °C, juda yuqori haroratda fermentlar ishdan chiqadi;
suv — suv yetishmasa ustitsalar yopiladi va CO₂ kirmaydi;
mineral oziqlanish — magniy va azot xlorofill tarkibiga kiradi, ular yetishmasa barglar sarg‘ayadi.
Tezlikni eng kam miqdorda bo‘lgan omil cheklaydi (cheklovchi omil).
O‘simlik nafasi kechayu kunduz to‘xtovsiz boradi: O₂ yutiladi, organik moddalar oksidlanadi, CO₂ ajraladi. Kunduzi fotosintez nafasdan kuchliroq — o‘simlik umuman O₂ ajratadi; tunda faqat nafas boradi. Shuning uchun yotoqxonada kechasi ko‘p gul saqlash tavsiya etilmaydi.
§6. Xemosintez va fotosintezning ahamiyati
Xemosintez — ba’zi bakteriyalarning anorganik moddalarni oksidlashdan ajralgan energiya hisobiga organik moddalar sintez qilishi. Uni 1887-yilda S. N. Vinogradskiy kashf etgan. Yorug‘lik va xlorofill ishlatilmaydi.