|
3.4.1 ЁРУҒЛИКДА БОРАДИГАН РЕАКЦИЯЛАР
Фотосинтезнинг биринчи босқичидаги реакциялар фақат ёруғлик
иштирокида боради. Бу жараён хлорофилл "а" - нинг бошқа ёрдамчи
пигментлар иштирокида (хлорофилл "б" ,каротиноидлар, фикобилинлар)
57
ёруғлик ютиши ва ўзлаштиришдан бошланади. Натижада сув ёруғлик
энергияси таъсирида парчаланиб, молекуляр кислород ажралиб чиқади,
НАДФ.Н
2
(дигидроникотинамид - аденин - динуклеотид фосфат) ва АТФ
(аденозинтрифосфат) ҳосил бўлади.
ЁРУҒЛИК ЭНЕРГИЯСИ. Ёруғлик энергияси электромагнит тебраниш
характерига эга. У фақат квантлар ёки фотонлар ҳолида ажралади ва тарқалади.
Ҳар бир квант ёруғлик маълум даражада энергия манбасига эга. Бу энергия
миқдори асосан ёруғликнинг тўлқин узунлигига боғлиқ бўлиб, қуйидаги
формула билан аниқланади :
Е = hc
бу ерда Е - квант энергияси, джоул (кДЖ) ҳисобида , h - ёруғлик
константаси, доимий сон 6,26196 . 10-34 Дж/с , - тўлқин узунлиги, С - ёруғлик
тезлиги 3 . 1010 см/с.
Қуёш ёруғлигининг кўзга кўринадиган ва фотосинтетик актив қисмидаги
(400-750 нм) нурларда ҳар бир квантнинг энергияси турлича бўлади. Масалан,
тўлқин узунлиги 400 нм га тенг бўлган спектрнинг бир квантининг энергияси
299,36 кДЖ га тенг шу асосда 500 нм -239,48 кДЖ, 600 нм - 199,71 кДЖ ,700 нм
- 170,82 кДЖ ва ҳоказо. Яъни тўлқин узунлиги қисқа бўлган ёруғликнинг
энергияси кўпроқ ва узунлариники аксинча оз. Шунинг учун ҳам қисқа
ультрабинафша нурлар (тўлқин узунлиги 300 нм дан қисқа) ердаги тирик
организмларга зарарли таъсир қилиши мумкин. Чунки уларнинг энергияси кўп.
Тўлқин узунлиги 300-400 нм га тенг нурлар асосан ўсиш ва ривожланишни
бошқаришда иштирок этади. Бу нурлар таъсирида ҳужайраларнинг бўлиниб
кўпайиши ва ўсимликнинг ривожланиш жараёни тезлашади.Тўлқин узунлиги
400-700 нм гача бўлган нурлар фотосинтезда иштирок этадилар, чунки бу
спектрларнинг энергия даражаси фотосинтетик реакцияларни юзага келтиради.
Тўлқин узунлиги 750 нм ва ундан узун нурларнинг энергияси жуда камлиги
сабабли улар фотосинтезда ишлатилмайди.
Ҳар бир пигмент, жумладан хлорофилл молекуласи бир квант ёруғлик
энергиясини ютиш қобилиятига эга. Пигментларнинг бир молекуласи
бирданига икки квант монохроматик ёруғликни ютолмайди. Квант ёруғлик
пигмент молекуласининг биронта электрони томонидан ютилади ва бу
электрон қўзғалган ҳолатга ўтади. Натижада пигмент молекуласи ҳам қўзғалган
ҳолатда бўлади.
Хлорофилл
молекулаларининг
энергетик
даражалари
27-расмда
кўрсатилган. Яъни хлорофилл молекуласи қизил нурлардан бир квант ютганда
электрон асосий даражадан (S
0
) биринчи синглет (S
1
) даражага ўтади (S0--->S
1
)
уларнинг бу ҳолати жуда қисқа давом этиб (10-8-10-9 секундга тенг), юқори
реакцион қобилиятга эга. Шу қисқа муддат мобайнида электрон энергиясини
сарфлаб, дастлабки тинч ҳолатига қайтади (S
1
--->S
0
) ва бошқа квант ёруғликни
қабул қилиши мумкин. Тўлқин узунлиги қисқа бўлган кўк-бинафша нурлардан
бир квант ютилганда эса электрон асосий даражадан янада юқорироқ синглет
(S
2
) даражага (S
0
---->S
II
) ўтади. Электронлар иккинчи синглет даражадан тезлик
билан (10-12 - 10-13 сек) биринчи синглет даражага тушади ва бу жараёнда
58
энергиянинг
бир
қисми
иссиқлик
энергиясига
айланиб
сарфланади.
Фотокимёвий
реакцияларда
асосан
биринчи
синглет
(S
1
)
ҳолатдаги
электронлар, айрим пайтларда эса триплет (Т
1
) ҳолатдаги электронлар иштирок
этади. Чунки бу жараёнда (S
1
---->S
0
) тўғридан тўғри содир бўлиш ўрнига S
1
----
>T
1
---->S
0
ёки S
1
---->Т
1
---->Т
2
---->S
0
бўлиши ҳам мумкин. Пигментларнинг
триплет ҳолати электрон ҳаракатининг йўналиши ўзгариши S
1
(II)-->T
1
(II)
натижасида руёбга келади. Электронларнинг Т ҳолатдан S
0
даражага ўтиши
учун бироз кўпроқ вақт (10
-7
дан бир неча секундгача) сарфланади. Натижада бу
ҳолатдаги пигментлар юқорироқ кимёвий фаолликка эга бўлади. Хлорофилл
молекуласи ютган квант энергия бир неча жараёнларда, яъни асосан
фотосинтетик реакцияларнинг содир бўлишида иштирок этади, молекуладан
ёруғлик ёки иссиқлик энергияси ҳолида ажралиб чиқиб кетади.
27-расм. Хлорофиллнинг ёруғликда фаолланиш схемаси
Олимларнинг
изланишлари
натижасида
ёруғлик
энергиясининг
фотосинтетик реакциялардаги самарадорлик даражаси аниқланди. Энергиянинг
самарадорлиги, ютилган квант ёруғлик нури ҳисобига фотосинтез жараёнида
ажралиб чиққан О
2
ёки ўзлаштирилган СО
2
нинг миқдори билан белгиланади.
Шуни ҳисобга олиш зарурки ютилган ҳамма нурлар (айниқса қизил) фойдали
бўлса ҳам улар энергиянинг анча қисми хлорофилл молекуласида электронлар
кўчиши
жараёнида
йўқотилади.
Натижада
бу
энергия
фойдали
коэффициентнинг (Фк) камайишига сабабчи бўлади. Бир молекула СО
2
нинг
тўла ўзлаштирилиши учун 502 кДЖ энергия сарфланади. Демак бу реакциянинг
амалга ошиши учун
СО
2
+ Н
2
О [ СН
2
О ] + О
2
тўлқин узунлиги 700 нм га тенг бўлган қизил нурларнинг уч кванти етарли
бўлади. Чунки бу нурларнинг ҳар бир кванти 171 кДЖ энергияга эга. Амалда
эса бир молекула СО
2
нинг тўла ўзлаштирилиши ва О
2
нинг ажралиб чиқиши
учун 8 квант талаб этилади. Яъни фотосинтез жараёнида фойдаланиладиган
қизил нурларнинг фойдали коэффициенти 40% га яқин бўлади. Кўкбинафша
нурларнинг фойдали коэффициенти янада пастроқ (21%) . Ўсимликларга
ёруғликнинг тўлқин узунлиги 400 нм га тенг кўк спектри таъсир эттирилса,
фойдали коэффициент 20,9 % га тенг бўлади (чунки ҳар бир квантнинг
энергияси 229кДЖ):
59
Do'stlaringiz bilan baham: |
