تغذیه فتوسنتزی برای سلامتی و زندگی

موجودات زنده دائماً در حال انجام واکنش های شیمیایی هستند که منجر به تغییر انرژی در بدن آنها می شود. همه این واکنش ها و تغییرات به عنوان متابولیسم شناخته می شوند. اساساً متابولیسم شامل دو فرآیند است، سنتز یا ساخت مواد پیچیده بدن از اجزا و انرژی ساده تر و ساخت یا تجزیه این مواد و انرژی پیچیده. اولین فرآیند آنابولیسم و ​​فرآیند دوم کاتابولیسم نامیده می شود.

یکی از ویژگی های اصلی موجودات زنده توانایی خوردن است. این به عنوان رژیم غذایی شناخته می شود. بنابراین، رژیم غذایی فرآیند تولید انرژی و مواد برای متابولیسم سلولی، از جمله نگهداری و ترمیم سلول ها و رشد است. در موجودات زنده، رژیم غذایی مجموعه پیچیده ای از فرآیندهای آنابولیک و کاتابولیک است که توسط آن مواد مغذی تامین شده به بدن به مواد پیچیده بدن (عمدتاً برای رشد) و انرژی (برای کار) تبدیل می شود. در حیوانات، مواد غذایی بلعیده شده بیشتر به شکل ترکیبات پیچیده و نامحلول هستند. اینها به ترکیبات ساده تری تقسیم می شوند که می توانند توسط سلول ها جذب شوند. در گیاهان، مواد مغذی پیچیده ابتدا توسط سلول های گیاهی سنتز شده و سپس در تمام قسمت های بدن گیاه توزیع می شود. در اینجا آنها به اشکال ساده تر و محلول تر تبدیل می شوند که می توانند در پروتوپلاسم هر سلولی گنجانده شوند. مواد اولیه لازم برای سنتز این مواد مغذی پیچیده از هوا و خاک مجاور گیاهان به دست می آید.

همه موجودات زنده ای که نمی توانند منبع انرژی خود را از طریق فتوسنتز یا کموسنتز تامین کنند، موجودات هتروستروف یا هتروستروف نامیده می شوند. هتروستروفیک به معنای تغذیه از دیگران است. همه جانوران هتروستروف هستند. موجودات دیگر مانند بسیاری از انواع باکتری ها، برخی از گیاهان گلدار و همه قارچ ها از این رژیم غذایی استفاده می کنند. روشی که هتروستروف ها غذای خود را می بلعند بسیار متفاوت است. با این حال، روشی که در آن غذا به شکل قابل استفاده در بدن پردازش می شود برای اکثر آنها بسیار مشابه است. اما همه گیاهان سبز توانایی تولید کربوهیدرات از مواد خام خاصی که از هوا و خاک استخراج می شوند را دارند. این توانایی نه تنها برای خود گیاهان، بلکه برای حیوانات از جمله انسان که به طور مستقیم یا غیرمستقیم برای غذا به گیاهان وابسته هستند، مهم است.

فتوسنتز فرآیندی است که طی آن گیاهان غذای خود را با استفاده از انرژی خورشیدی و مواد خام موجود تولید می کنند. تولید کربوهیدرات در گیاهان است. این فقط در سلول های کلروفیل (به عنوان مثال سبز) برگ ها و ساقه ها اتفاق می افتد. این سلول های سبز حاوی کلروپلاست هستند که برای سنتز مواد غذایی ضروری هستند. تمام مواد خام مورد نیاز برای فتوسنتز، یعنی آب و نمک های معدنی از خاک و همچنین دی اکسید کربن از جو، باید به سلول های کلروفیل که در برگ ها رایج هستند منتقل شوند.

منافذ ریز یا روزنه‌ها که معمولاً به تعداد زیاد در سطوح پایینی بیشتر برگ‌ها یافت می‌شوند، به گازهای جوی اجازه نفوذ به بافت را می‌دهند. استوما یک سلول اپیدرمی بیضی شکل است که به سلول های نگهبان معروف است. هر روزنه در واقع دهانه یک محفظه هوا در زیر روزنه است. این یک فضای هوایی بین سلولی بزرگ است که در کنار استوما قرار دارد. با سایر فضاهای هوایی بین سلولی که در داخل برگ هستند پیوسته است. اندازه هر دهانه شکاف به انحنای سلول های محافظ در کنار آن بستگی دارد. هنگامی که سلول های نگهبان با آب پر می شوند، متورم یا متورم می شوند و در نتیجه منافذ باز می شود. اما هنگامی که سطح آب پایین است، نرم یا سست می شوند و در نتیجه فرو می ریزند، که منافذ را می بندد. هنگامی که روزنه باز است، هوا وارد محفظه زیر استوما می شود و از طریق هوای بین سلولی منتشر می شود که در آب اطراف سلول ها حل می شود. این محلول دی اکسید کربن سپس به سلول های برگ، به ویژه در سلول های پالیسید منتشر می شود. در اینجا توسط کلروپلاست ها برای فتوسنتز استفاده می شود.

آبی که حاوی نمک های معدنی محلول مانند فسفات ها، کلریدها و بی کربنات های سدیم، پتاسیم، کلسیم، آهن و منیزیم است، توسط ریشه جذب خاک می شود. این آب خاک از طریق فرآیندی به نام اسمز به موهای ریشه نفوذ می کند، حرکت مولکول های آب از ناحیه ای با غلظت کمتر به ناحیه ای با غلظت بالاتر از طریق یک غشای نیمه تراوا. سپس از طریق بافت آوند چوبی از ریشه به بالا از طریق ساقه به برگ ها منتقل می شود. از طریق ورید و شاخه های آن به تمام سلول ها منتقل می شود.

کلروپلاست ها حاوی رنگدانه سبز (کلروفیل) هستند که به گیاهان رنگ می دهد و می تواند انرژی نور خورشید را جذب کند. این انرژی برای یکی از اولین مراحل ضروری در فتوسنتز استفاده می شود. یعنی تقسیم مولکول آب به اکسیژن و هیدروژن. این اکسیژن در جو آزاد می شود. اجزای هیدروژن همچنین برای کاهش دی اکسید کربن در تعدادی از آنزیم ها و واکنش های انرژی زا برای تشکیل ترکیبات آلی پیچیده مانند قندها و نشاسته ها استفاده می شود.

فتوسنتز شامل سنتز ترکیبات پرانرژی مانند کربوهیدرات ها از ترکیبات کم انرژی مانند دی اکسید کربن و آب در حضور نور خورشید و کلروفیل است. از آنجایی که فتوسنتز به انرژی خورشیدی نیاز دارد، این فرآیند در شب به دلیل کمبود نور خورشید امکان پذیر نیست. محصولات نهایی فتوسنتز کربوهیدرات ها و اکسیژن هستند. اولی در تمام قسمت های سیستم توزیع می شود. دومی به صورت گازی از طریق روزنه ها در ازای برگ های دی اکسید کربن جذب شده و تولید اکسیژن و کربوهیدرات ها در جو آزاد می شود. آزاد شدن اکسیژن از گیاهان سبز، تشکیل کربوهیدرات ها (یعنی نشاسته) در برگ ها و نیاز به دی اکسید کربن، نور خورشید و کلروفیل برای تشکیل نشاسته در برگ های سبز را می توان در آزمایش های ساده نشان داد.

در آزمایش‌های فیزیولوژیکی، مواد بیولوژیکی مانند گیاهان و حیوانات یا قسمت‌هایی از گیاهان و جانوران در شرایط غیرعادی قرار می‌گیرند، مانند لیوان، قفس یا جعبه. اگر آزمایشی برای نشان دادن اثرات ناشی از عدم وجود دی اکسید کربن در طول فرآیند فتوسنتز انجام شود، نتیجه چنین آزمایشی می‌توان ادعا کرد که تا حدودی به دلیل نگهداری مواد بیولوژیکی در شرایط آزمایشی غیرطبیعی است، بنابراین برای راه اندازی دو آزمایش تقریباً یکسان ضروری است. یکی در شرایط عادی قرار می گیرد (آزمایش کنترل) که در آن تمام عوامل لازم برای فتوسنتز وجود دارد، در حالی که دیگری (آزمایش آزمایشی) تحت شرایطی قرار می گیرد که در آن یک عامل حذف یا تغییر می کند در حالی که همه عوامل دیگر وجود دارند. . این به آزمایشگر اجازه می دهد تا مطمئن شود که نتیجه آزمایش آزمایشی او ناشی از عامل حذف شده یا متغیر است و نه تنظیم آزمایشی. بنابراین، آزمایش کنترل به عنوان یک راهنما عمل می کند تا اطمینان حاصل شود که نتیجه آزمایش آزمایشی اشتباه نیست.

پس از انجام برخی آزمایش های مناسب، مشاهدات به وضوح نشان می دهد که اکسیژن تنها زمانی آزاد می شود که فتوسنتز انجام شود، یعنی در طول روز. نشاسته نمی تواند بدون نور خورشید تشکیل شود، اگرچه همه عوامل ضروری دیگر مانند آب، دی اکسید کربن و کلروفیل ممکن است وجود داشته باشند.

فتوسنتز، جزء اساسی تغذیه، واحد زندگی سالم است و نقش اساسی در موجودات زنده دارد. ساختارهای پیچیده سلولی گیاهان از محصول اولیه فتوسنتز، یعنی یک کربوهیدرات ساده مانند گلوکز ساخته شده است. در این مرحله، باید توجه داشت که در حالی که تاکید زیادی بر فتوسنتز شده است، فرآیند سنتز پروتئین به همان اندازه قبلی مهم است. در طول سنتز پروتئین، ترکیبات نیتروژنی که توسط گیاهان بلعیده می شوند و در موارد خاص، فسفر و سایر عناصر با گلوکز ترکیب می شوند و پروتئین های گیاهی مختلف را تشکیل می دهند.

گلوکز نه تنها به سنتز پروتئین های گیاهی کمک می کند، بلکه مهم است زیرا می تواند از طریق یک سری واکنش های شیمیایی به چربی و روغن تبدیل شود. همچنین محصول اصلی است که سایر ترکیبات آلی از آن تشکیل می شود.

اهمیت فتوسنتز در تمام چرخه های غذایی قابل اغراق نیست. حیوانات نمی توانند از انرژی خورشید برای سنتز ترکیبات پرانرژی از مواد ساده و در دسترس مانند آب و دی اکسید کربن که در جو اطراف ما یافت می شوند استفاده کنند، اما پرتوهای فرابنفش خورشید باعث ایجاد مقداری در بدن زنده می شود. ملانین و کراتین موجود در آن بر رنگ و ضخامت پوست حیوانات تأثیر می گذارد و باعث آسیب های داخلی می شود. از پرتوها پس خوشبختانه گیاهان می توانند از انرژی نور خورشید برای سنتز و ذخیره ترکیبات پرانرژی استفاده کنند که در نهایت همه اشکال حیات جانوری به آن بستگی دارد.

انسان ها برای زنده ماندن نه تنها از محصولات گیاهی مانند میوه ها، سبزیجات و غلات استفاده می کنند، بلکه حیواناتی مانند گاو و ماهی نیز مصرف می کنند. گاو و سایر حیوانات گیاهخوار برای وجود خود کاملاً به فلور وابسته هستند. در حالی که برخی از ماهی ها گیاهخوار هستند، برخی دیگر رژیم غذایی ترکیبی دارند و تعداد زیادی کاملاً گوشتخوار هستند. جانوران گوشتخوار برای امرار معاش به طور غیر مستقیم به گیاهان وابسته هستند. رژیم غذایی فوری آنها شامل حیوانات کوچکتر است که باید خودشان را، اگر نه به طور کامل، تا حدی از گیاهان تغذیه کنند. فتوسنتز اولین مرحله در تمام چرخه های غذایی است.

فتوسنتز دی اکسید کربن را از جو حذف می کند و اکسیژن را اضافه می کند. اگر این فرآیند تصفیه در طبیعت وجود نداشت، اتمسفر به زودی با دی اکسید کربنی که هنگام تنفس حیوانات و گیاهان و تجزیه مواد آلی آزاد می شود، اشباع می شد، به طوری که تمام زندگی به تدریج متوقف می شود. هیچ تغذیه ای بدون فتوسنتز وجود ندارد. و اگر غذا نباشد، موجود زنده ای وجود نخواهد داشت. و اگر هیچ موجود زنده ای بر روی زمین وجود نداشته باشد، زمین همچنان بدون شکل و کاملا خالی خواهد بود. اگر فتوسنتز انجام نشود، هیچ کاری برای موجودات زنده وجود نخواهد داشت. من نمی دانم که سرنوشت موجودات زنده امروز یا زمانی که فتوسنتز متوقف شود چه خواهد بود.