Как и къде е процесът на фотосинтеза в растенията? Фаза Фотосинтеза Светла тъмна реакция.

Използване на светло енергия или без него. Характерно е за растенията. Нека тогава разгледаме каква е тъмната и светлинна фаза на фотосинтезата.

Общ

Фотосинтезният орган във висшите растения е лист. Хлоропластите са органоиди като органоиди. В мембраните на техните тилакоиди има фотосинтетични пигменти. Те са каротеноиди и хлорофили. Последните съществуват в няколко вида (A, C, B, D). Основният се счита за а-хлорофил. В своята молекула, порфириновата "глава" се освобождава с магнезиев атом, разположен в центъра, както и на фитолонската "опашка". Първият елемент е представен като плоска структура. Главата е хидрофилна, затова се намира от страна на мембраната, която е насочена към водната среда. Фитолонът "опашка" е хидрофобна. Поради това, той държи молекула хлорофилна в мембраната. Хлорофилите се абсорбират от синьо-лилаво и червена светлина. Те също отразяват зелено, поради което растенията са характерни за тях цвят. В пилактотоидните мембрани, хлорофилната молекула е организирана в фотосистемите. За синенелените водорасли и растения се характеризират с системи 1 и 2. Фотосинтезите на бактериите имат само първия. Втората система може да разложи Н20, разделяйки кислорода.

Фотосинтеза на светлината

Процесите, протичащи в растенията, се отличават със сложност и многостепенна. По-специално се разграничават две групи реакции. Те са неамийската и светлинна фаза на фотосинтезата. Последният се случва с участието на ензим АТР, протеини, носещи електрони и хлорофил. Светлината на фотосинтеза се среща в тилактоидни мембрани. Хлорофилските електрони са развълнувани и оставят молекулата. След това те попадат върху външната повърхност на пилактоотделната мембрана. Тя, от своя страна, се таксува негативно. След окисление започва възстановяването на хлорофилни молекули. Те избират електрони във вода, която присъства в интракаточно пространство. По този начин, светлинната фаза на фотосинтеза протича в мембраната по време на разпадане (фотолидиум): H2O + Q светлина → H + + то е

Хидроксилните йони се превръщат в реактивни радикали, дават електрони:

Той - → .on + e -

Хе-радикалите се комбинират и образуват свободен кислород и вода:

4 Но. → 2N 2 O + O2.

В същото време, кислородът се отстранява в заобикалящата (външната) среда, а натрупването на протони в специален "резервоар" се натрупва вътре в тилактоида. В резултат на това, когато светлинната фаза на потомството на фотосинтезата, пилактотоидната мембрана, дължаща се на N + от едната страна, получава положителна такса. В същото време, за сметка на електроните, тя се загражда негативно.

Фосфилация ADF.

Когато светлинната фаза на потомците на фотосинтезата има потенциална разлика между вътрешните и външните повърхности на мембраната. Когато достигне 200 mV, протоновото натискане през каналите за синтетаза на АТР. По този начин, светлинната фаза на фотосинтеза се среща в мембраната по време на фосфорилиране на ADF към АТР. В същото време, атомният водород е насочен към възстановяването на специален носач NicotNADF + до NAPF.N2:

2N + + 2E - + NADF → NADF.N 2

Светлината на фотосинтезата, така включва фотолис вода. Това, от своя страна, придружава трите най-важни реакции:

Синтез ATP.
Образование Nadf.n 2.
Образуване на кислород.

Светлината на фотосинтезата е придружена от освобождаването на последния в атмосферата. NADF.N2 и ATP се движат в стромот хлоропласт. Тази светлинна фаза на фотосинтезата е завършена.

Друга група реакции

За тъмната фаза на фотосинтезата не е необходима светлинна енергия. Тя отива в строма на хлоропласт. Реакциите са представени като верига, последователно срещани трансформации от въглероден диоксид на въздуха. В резултат на това се образуват глюкоза и други органични вещества. Първата реакция е фиксация. Като акцепторно въглероден диоксид, изпълнява риблозобифосфат (пет-въглечна захар). Катализаторът в реакцията е рибулозобифосфат карбоксилаза (ензим). В резултат на карбоксилиране, RBF се оформя от шест извита нестабилна връзка. Това практически незабавно се разпада в молекули на две FGK (фосфоглицелолозични киселини). След това има цикъл от реакции, където се трансформира в глюкоза през няколко междинни продукта. Те използват енергия NADF.N 2 и ATP, които са били трансформирани, когато светлинната фаза на фотосинтеза е покрита. Цикълът на тези реакции се нарича цикъл на калвин. Тя може да бъде представена, както следва:

6so 2 + 24H + + ATP → C 6H 12 ° 6 + 6N 2

В допълнение към глюкозата, по време на фотосинтеза се образуват други органични (сложни) съединения. Тези, по-специално, са мастни киселини, глицерин, нуклеотидни аминокиселини.

C3 реакции

Те представляват вида на фотосинтезата, при която три въглеродните съединения се образуват като първи продукт. Той е описан по-горе като цикъл на калвин. Като характерни характеристики на C3-фотосинтезата са:

RIBF е акцептор за въглероден диоксид.
Реакцията на карбоксилиране катализира Ribf карбоксилазата.
Образува се вещество за хександгоем, което впоследствие се разпада на 2 FGK.

Фосфоглицериновата киселина се възстановява в TF (триозофосфати). Някои от тях са насочени към регенерацията на рибулозобифосфат, а останалите се превръщат в глюкоза.

C4 реакции

За този тип фотосинтеза, появата на четворни съединения като първи продукт е характерен. През 1965 г. е разкрито, че веществата с C4 се появяват първо в някои растения. Например, тя е намерена за просо, сорго, захарна тръстика, царевица. Тези култури започнаха да се отнасят до C4 растения. Следното, 1966, Slek и люка (австралийски учени) разкриват, че те почти напълно отсъстват фотография. Също така е установено, че такива С4 растения са много по-ефективно проведени чрез абсорбция на въглероден диоксид. В резултат на това пътят на въглеродната трансформация в такива култури започна да се нарича Salca Salca.

Заключение

Стойността на фотосинтезата е много голяма. Благодарение на него газ въглеродният диоксид се абсорбира годишно от атмосферата (милиарди тонове). Вместо това тя се отличава с не по-малко кислород. Фотосинтезата действа като основен източник на образуване на органични съединения. Кислородът участва в образуването на озоновия слой, осигуряващ защитата на живите организми от ефектите на UV радиация с късо вълни. В процеса на фотосинтеза листът абсорбира само 1% от цялата енергия на светлината, която пада върху нея. Производителността му е в рамките на 1 g органично съединение на 1 kV. m повърхност на час.

Фотосинтезата се състои от две фази - светлина и тъмна.

В светлината фаза, светлината кванти (фотони) взаимодействат с хлорофилни молекули, в резултат на което тези молекули се движат в много кратко време в по-богата енергия, "възбудено" състояние. След това излишната енергия на частта на "възбудените" молекули се превръща в топлина или излъчвана като светлина. Друга част от нея се предава чрез водородни йони, винаги на разположение във воден разтвор, дължащ се на дисоциация на водата. Образуваните водородни атоми са крехки с органични молекули - водородни носители. Хидроксидните йони "дават електрони на други молекули и се превръщат в свободни радикали. Той взаимодейства помежду си, което води до вода и молекулен кислород:

4EN \u003d O2 + 2N2O По този начин, източник на молекулен кислород, който се генерира по време на фотосинтеза и се освобождава в атмосферата, е фотолис - разлагане на вода под влиянието на светлината. В допълнение към фотолизата на вода, енергията на слънчевата радиация се използва в светлинната фаза за синтеза на АТР и ADP и фосфат без участие на кислород. Това е много ефективен процес: в хлоропластите се образуват 30 пъти повече АТП, отколкото в митохондриите на същите растения, включващи кислород. По този начин се натрупва енергията, необходима за процесите в тъмната фаза на фотосинтезата.

В комплекса от химични реакции на тъмната фаза, за потока, от който не се изисква светлината, ключовото място е свързващо CO2. При тези реакции участват ATP молекули, синтезирани по време на светлинната фаза и водородните атоми, образувани по време на фотолизата на вода и се свързват с носещи молекули:

6so2 + 24n - »C6H12O6 + 6NOO

Така че енергията на слънчевата светлина се превръща в енергия на химични връзки на сложни органични съединения.

87. Стойността на фотосинтезата за растенията и за планетата.

Фотосинтезата е основният източник на биологична енергия, фотосинтетичните автотрофи се използват за синтеза на органични вещества от неорганични, хетеротрофите съществуват поради енергия, съхранявана от автотрофове под формата на химични връзки, пуснати в дишащи и ферментационни процеси. Енергията, получена от човечеството по време на изгарянето на изкопаеми горива (въглища, петрол, природен газ, торф), също се съхранява в процеса на фотосинтеза.

Фотосинтезата е основният вход на неорганичен въглерод в биологичния цикъл. Цялата свободна кислородна атмосфера - биогенен произход и е страничен продукт на фотосинтеза. Образуването на окислителна атмосфера (кислородна катастрофа) напълно промени състоянието на земната повърхност, дава възможност да се появи дишане и в бъдеще, след образуването на озоновия слой, дава възможност да се стигне до земята. Процесът на фотосинтеза е в основата на храненето на всички живи същества, а също така доставя човечеството с гориво (дърво, въглища, масло), влакна (целулоза) и безброй полезни химични съединения. От въглеродния диоксид и водата, свързани от въздуха по време на фотосинтеза, се образува около 90-95% от сухото тегло на реколтата. Останалите 5-10% попадат върху минерални соли и азот, получени от почвата.

Човек използва около 7% от фотосинтеските продукти в храната, като храна за животни и под формата на горивни и строителни материали.

Фотосинтезата, която е един от най-често срещаните процеси на земята, определя естествения цикъл на въглерод, кислород и други елементи и осигурява материалната и енергийната база на нашата планета. Фотосинтезата е единственият източник на атмосферния кислород.

Фотосинтезата е един от най-често срещаните процеси на земята, причинява обращение в естеството на въглерода, O2 и други елементи. Той съставлява материалната и енергийната основа на всичко жив на планетата. Всяка година, в резултат на фотосинтеза, около 8 1010 тона въглеродни се свързват под формата на органично вещество, се образуват до 1011 тона целулоза. Благодарение на фотосинтезата на суши растения образуват около 1,8 1011 тона суха биомаса годишно; Приблизително същото количество биомаса на растенията се образува ежегодно в световния океан. Rainforest носи до 29% в общите продукти на фотосинтезата на земята, а приносът на горите от всички видове е 68%. Фотосинтезата на висшите растения и водораслите е единственият източник на атмосферния O2. Появата на Земята е преди около 2,8 милиарда години, механизмът на окисление на водата с образуването на O2 е най-важното събитие в биологичната еволюция, която превръща светлината на слънцето от основния източник - свободната енергия на биосферата и Водата е практически неограничен източник на водород за синтеза на вещества в живите организми. В резултат на това се формира атмосфера на съвременен състав, O2 стана достъпна за окисление на храната и това доведе до появата на силно организирани хетеротрофични организми (използвани като екзогенни органични вещества като въглероден източник). Общият запас от слънчева радиационна енергия под формата на фотосинтезни продукти е около 1.6,1021 KJ годишно, което е около 10 пъти по-високо от модерното енергийно потребление на човечеството. Приблизително половината от слънчевата радиационна енергия представлява видим диапазон от спектър (дължина на вълната L от 400 до 700 nm), която се използва за фотосинтеза (физиологично активна радиация или фарове). IR радиацията не е подходяща за фотосинтеза на оксигинг организми (по-високи растения и водорасли), но се използва от някои фотосинтетични бактерии.

Откриване на процеса на хемосинтеза S.N. Виноградски. Характеристики на процеса.

Коммосинтезата е процес на синтезиране от органични вещества от въглероден диоксид, който се дължи на енергията, разделена по време на окисляването на амоняк, сероводород и други химикали, по време на живота на микроорганизмите. Хемосинтезата също има друго име - хемолитавоотрофия. Откриването на хемосинтеза S. N. Vinogradovsky през 1887 г., коренът промени представянето на науката за вида на метаболизма, които са основните организми. Хемосинтезата за много микроорганизми е единственият вид храна, тъй като те са в състояние да абсорбират въглероден диоксид като единствен източник на въглерод. За разлика от фотосинтезата в хемосинтеза, се използва енергия, която се образува в резултат на окислително реакционни реакции, вместо лека енергия.

Тази енергия трябва да бъде достатъчна за синтеза на аденозинфосфорна киселина (АТР), а нейният номер трябва да надвишава 10 kcal / mol. Някои от окисливите вещества дават на електроните си във веригата на цитохромното ниво и така създадени за излишната синтез допълнителна консумация на енергия. При химиосинтеза биосинтезата на органични съединения се дължи на автотрофичния асимилация на въглероден диоксид, т.е. по същия начин, както в фотосинтезата. В резултат на прехвърлянето на електрони от веригата на респираторните ензими на бактерии, които са вградени в клетъчната мембрана, се получава енергията под формата на АТР. Благодарение на много голямото потребление на енергия, всички хемосинтетични бактерии, с изключение на водород, образуват доста малко биомаса, но в същото време те окисляват голямото количество неорганични вещества. Водородните бактерии се използват от учени, за да се получи протеин и пречистване на атмосферата от въглероден диоксид, това е особено необходимо в затворени екологични системи. Има голямо разнообразие от хемосинтетични бактерии, повечето от тях се отнасят до псевдомонадци, те се срещат и сред филаментоните и свързващите бактерии, Leptospir, Spirill и Corinbacteria.

Примери за използване на хемосинтеза прокариот.

Същността на хемосинтезата (процесът, открит от руския изследовател Сергей Николаевич Виноградски), е производството на енергия от организма от организма на реакциите на окисляването, извършени от самия този организъм с прости (неорганични) вещества. Примери за такива реакции могат да бъдат амониево окисление до нитрит, или двувалентно желязо до управляем, водороден сулфид към сяра, и подобните специфични прокариотни групи (бактерии в широк смисъл на думата) са способни на хемосинтеза (бактерии в широк кръг чувство за думата). Поради хемосинтеза понастоящем има само екосистеми на някои хидротермали (места в дъното на океана, където има добиви от горещи подземни води, богати на реставрирани вещества - водород, сероводород, железен сулфид и др.), Както и изключително Просто, състоящо се само от бактерии, екосистемите, открити на големи дълбочини в джантите на скалите на земята.

Бактерии - хемосинтетика, унищожи скалите, пречистват отпадъчните води, участват в образуването на минерали.

Тема 3 Етапи на фотосинтезата

Раздел 3 Фотосинтеза

1. Фотосинтеза на светлината

2.photosynticetic фосфорилиране

3. Поставяне на CO 2 на фотосинтеза

4. Изпразване

Същността на светлинната фаза на фотосинтезата е да абсорбира лъчистата енергия и нейната трансформация в асимилативната сила (АТР и NADF-H), която е необходима за възстановяване на въглерода в тъмните реакции. Сложността на трансформацията на леката енергийна трансформация към химикала изисква тяхната строга мембранна организация. Светлинната фаза на фотосинтеза се среща в комините на хлоропласт.

Така фотосинтетичната мембрана извършва много важна реакция: тя превръща енергията на абсорбираната светлина в потенциала за намаляване на окислението на NADF-H и в потенциала на реакцията на трансфер на фосфорил групата в АТР молекулата, в същото време , превръщането на енергия се превръща от много краткотрайна форма във формата достатъчно дълготрайна. Стабилизирана енергия може по-късно да се използва в биохимични реакции на растителна клетка, включително в реакции, водещи до възстановяване на въглероден диоксид.

В вътрешните мембрани на хлоропластите са изградени пет основни полипептидни комплекса: комплекс I (FS I), Снимки II (FSII) комплекс, лек коучинг комплекс II (SSKII), цитохромен B 6 F-комплекс и ATP Synthase (CF 0 - CF 1 -Complex). Комплексите FSI, FSII и SSKII съдържат пигменти (хлорофили, каротеноиди), повечето от които функционират като антени пигменти, събират енергия за пигментите на FSI и FSII реакционни центрове. FSI и FSII комплекси, както и цитохромни b 6 F. - Комплексът е в състава си Redox-Cofactors и участват в фотосинтетичния транспорт на електроните. Протеините на тези комплекси се отличават с високо съдържание на хидрофобни аминокиселини, което осигурява тяхното вграждане в мембраната. АТР синтаза ( CF 0 - CF 1 -Промецът) извършва синтеза на ATP. В допълнение към големи полипептидни комплекси в тилакоидни мембрани има малки протеинови компоненти - пластокиана, Фереоксин и fredoxin-nadf-оксидоредуктаза, \\ t Намира се на повърхността на мембраните. Те влизат в електронната транспортна система на фотосинтеза.

Следните процеси се срещат в светлината на фотосинтезата: 1) фотоексцитация на фотосинтетични пигментни молекули; 2) енергийна миграция от антената към реакционния център; 3) фотокоза на водната молекула и селекцията на кислород; 4) фото запечатване на NADF-N; 5) фотосинтетична фосфорилиране, образуване на АТФ.

Пигментите на хлоропластите се комбинират във функционални комплекси - пигментни системи, в които реакционният център - хлорофил но, Провеждането на фоточувствителност е свързано чрез процеси на трансфер на енергия с антена, състояща се от светлорежещи пигменти. Модерната схема на фотосинтеза на висшите растения включва две фотохимични реакции, извършени с участието на две различни фотосистеми. Предполагането за тяхното съществуване е изразено от Р. Емерсън през 1957 г., въз основа на ефекта на червената светлина на дългите вълни, открита от него (700 nm), съвместно осветяване на по-къси лъчи (650 nm). Впоследствие беше установено, че фотосистемата II абсорбира по-къси лъчи в сравнение с FSI. Фотосинтезата е ефективна само когато те съвместно функционират, което обяснява засилването на Емерсън.

Съставът на FSI, хлорофил димер е включен като реакционен център a C. Максимална абсорбция на светлината 700 nm (Р 700), както и хлорофили но 675-695, играе ролята на антенна компонент. Първичният акцептор на електрон в тази система е мономерната форма на хлорофил но 695, вторични акцептори - железни протеини (-fes). Комплекс FSI под действието на светлината възстановява съдържащите от желязо протеин - FREROXIN (PD) и окислява медсъдържащия протеин - пластоцианец (PC).

FSII включва реакционен център, съдържащ хлорофил но(P 680) и пигменти на антената - хлорофили но 670-683. Първичният електронен акцептор е фаaофитин (FF), предаващ електрони към пластохинона. FSII включва и протеиновия комплекс на S-системата, окисляваща вода и носителя на електрони Z. Този комплекс функционира с участието на манган, хлор и магнезий. FSII възстановява пластохинон (PQ) и окислява вода с осветяване на около 2 и протони.

Връзката между FSII и FSI служи като фонд на Пластехинонов, протеинов цитохромен комплекс b 6 F. и пластокиана.

В хлоропластите на растенията всеки реакционен център представлява около 300 молекули пигменти, които са включени в антените или светлинно-режещите комплекси. От ламела на хлоропласт, е изолиран светлозарежен протеин комплекс, съдържащ хлорофили но и б. и каротеноиди (SSC), тясно свързани с FSP, и антенните комплекси, директно включени в FSI и FSII (фокусиране на компонентите на антената на фотосистемите). Половината от протеина на тилакуидите и около 60% хлорофил е локализиран в SSK. Всеки SSC съдържа от 120 до 240 хлорофилни молекули.

Антената протеин комплекс FS1 съдържа 110 хлорофилни молекули а. 680-695 на стр. 700 , От тях 60 молекули са компонентите на комплекса на антената, който може да се разглежда като SSC FSI. Антената комплекс FSI също съдържа b-каротин.

Антенният протеин комплекс FSII съдържа 40 хлорофилни молекули нос максимална абсорбция от 670-683 nm на R 680 и B-каротин.

Хромопротеините на антените нямат фотохимична активност. Тяхната роля е да поглъщат и предават енергията на Quanta върху малко количество молекули на реакционни центрове R 700 и P 680, всяка от които е свързана с транспортната верига и изпълнява фотохимична реакция. Организацията на веригите за електронно превозни средства (и т.н.) с всички хлорофилни молекули е ирационална, тъй като дори на пряката слънчева светлина върху пигментната молекула, светлинната кванти е повече от веднъж в 0,1 s.

Физически механизми на процесите на абсорбция, запаси и миграция на енергия Хлорофилите молекули са добре проучени. Абсорбция на фотон (Hν) се дължи на прехода на системата до различни енергийни състояния. В молекулата, за разлика от атомите, е възможно електронните, осцилаторни и ротационни движения, а общата енергия на молекулата е равна на сумата от тези видове енергии. Основният показател за енергийната система е нивото на нейната електронна енергия, определя се от енергията на външните електрони в орбита. Според принципа на Паули има два електрона с противоположно насочени гръбчета, в резултат на което се образува стабилна система от сдвоени електрона. Абсорбцията на светлинната енергия е придружена от прехода на един от електроните до по-висока орбита със запаса на абсорбираната енергия като електронна възбуждаща енергия. Най-важната характеристика на абсорбиращите системи е селективността на абсорбцията, определена от електронната конфигурация на молекулата. В сложна молекула има определен набор от свободни орбити, за които е възможно преходът на електрона, когато се абсорбира от светлинния кванти. Според "честотите" на бор, честотата на абсорбираната или излъчената радиация V трябва стриктно да съответства на разликата в енергиите между нивата:

ν \u003d (e 2 - e 1) / h,

където h е постоянна дъска.

Всеки електронен преход съответства на определена абсорбционна лента. По този начин електронната структура на молекулата определя естеството на електрон-осцилаторните спектри.

Пътник на абсорбираната енергия свързани с появата на електронно развълнувани състояния на пигменти. Физическите модели на възбудени състояния на mg-порфирини могат да бъдат разглеждани въз основа на анализа на електронната преходна схема на тези пигменти (чертеж).

Известни са два основни вида възбудени състояния - синглет и триплет. Те се различават по енергия и състоянието на електронното въртене. В гнезденото състояние на синглета, завъртанията на електроните на главните и развълнуваните нива остават антибаралел, по време на прехода към триплетното състояние, завъртането на развълнувания електрон се върти, за да образува барудна система. Когато фотонът се абсорбира от хлорофилната молекула, тя се движи от главния (S 0) към един от възбудените странични състояния - S 1 или S 2 , Какво е придружено от електронен преход към развълнувано ниво с по-висока енергия. Развълнуваното състояние S 2 е много нестабилно. Електронът бързо (за 10 -12 в) губи част от енергията под формата на топлина и пада до по-ниското ниво на колебание S1, където може да бъде в рамките на 10 -9 s. В държавата S 1 може да възникне апеламент за електронно и прехода към трипт държава Т1, чиято енергия е по-ниска от S 1 .

Възможни са няколко начина на деактивиране на възбудените държави:

· Фотонова радиация със системен преход към земното състояние (флуоресценция или фосфоресценция);

· Прехвърляне на енергия в друга молекула;

· Използване на енергията на възбуждане в фотохимична реакция.

Миграция на енергия Между пигментните молекули могат да се извършват в следните механизми. Индуктивен резонансен механизъм (Механизъм на фурс) е възможно, когато преходът на електрона е оптически разрешен и обменът на енергия се извършва от ексимна механизъм. Концепцията за "expon" означава електронно възбуденото състояние на молекулата, където развълнуваният електрон остава свързан с молекулата на пигмента и не се случва разделянето на таксите. Прехвърлянето на енергия от развълнуваната пигментна молекула към друга молекула се извършва чрез нерадиактивен трансфер на възбуждаща енергия. Електронният електрон е осцилиращ дипол. Променливото електрическо формоване може да причини подобни електронни колебания в друга пигментна молекула при извършване на резонансни условия (енергийно равенство между основните и възбудени нива) и условията на въвеждане, които определят доста силно взаимодействие между молекулите (не повече от 10 nm).

Обменно-резонансен механизъм на миграцията на енергията на теренната дектери Това се случва, когато преходът е оптически забранен и диполът по време на възбуждането на пигмента не се образува. Той изисква близък контакт на молекулите (около 1 пМ) с припокриване на външен орбитал. При тези условия е възможно обменът на електрони, намиращ се както на нивата на синглет, така и на нивата на триплет.

Има концепция за фотохимия квантов поток процес. Във връзка с фотосинтеза, този показател за ефективността на трансформацията на светлинната енергия в химическата енергия показва колко количество Quanta светлина се абсорбира, за да може една молекула около 2. Трябва да се има предвид, че всяка молекула за активна активна субстанция едновременно абсорбира само един квадрат светлина. Тази енергия е достатъчна, за да предизвика определени промени в фотоапаралната молекула на активната субстанция.

Се нарича стойност, обратната квантова консумация квантова продукция: Броя на избрани кислородни молекули или абсорбирани молекули с въглероден диоксид, възникващи върху един квалз. Този индикатор е по-малък от един. Така че, ако 8 молекули на СО2 консумират 8 светли кванти, тогава квантовият добив е 0.125.

Структурата на електронната верига на фотосинтезата и характеристиката на нейните компоненти.Електронната транспортна верига на фотосинтеза включва доста голям брой компоненти, разположени в мембранните структури на хлоропластите. Почти всички компоненти, в допълнение към хин., Са протеини, съдържащи функционални групи, способни да променят реверсивни промени, и извършване на функциите на електрони или електрони заедно с протони. Редица носители на ЕТС включват метали (желязо, мед, манган). Като най-важните компоненти на електронния трансфер в фотосинтеза, могат да бъдат отбелязани следните групи съединения: цитохроми, хинони, пиридиннуклеотиди, флавопротеини, както и геропротеини, медпротеини и манганпротеин. Местоположението на посочените групи в и т.н. се определя предимно чрез техния потенциал за окислие и възстановяване.

Презентации на фотосинтеза, по време на които се освобождава кислород, е оформен под влиянието на Z-схемата на електронния транспорт Р. Хил и Ф. Бендила. Тази схема е представена на базата на измерване на окислителните и намаляването на потенциалите на цитохроми в хлоропласти. Електронната верига е трансформацията на физическата енергия на електронната енергия в енергията на химическата връзка и включва FS I и FS II. Z-схемата идва от последователното функциониране и комбиниране на FSI с FSI.

P 700 е първичен електронен донор, е хлорофил (според някои данни - димер хлорофил а), предава електрон на междинен акцептор и може да бъде окислен с фотохимичен път. А 0 - междинен електронен акцептор - е хлорофил димер.

Вторичните електронни акцептори са свързани центрове за гладене А и V. Елемент от структурата на протеините от желязна ръка е решетка от взаимосвързани железни и серни атоми, което се нарича клъстер за гладене.

Ферезоксин, разтворим в стромалната фаза на хлоропласта на железния протеин, който е извън мембраната, прехвърля електроните от реакционния център на FSI към NADF в резултат на NADF-H се образува необходимо за фиксиране на CO 2. Всички разтворими Figroxins на фотосинтетични организми, разделящи кислород (включително цианобактерии), се отнасят до типа 2FE-2S.

Компонентът на електроните също е цитохром F, свързан с мембраната. Електронният акцептор за мембраната на цитохром и директния донор за комплекса на хлорофил-протеин на реакционния център е медсъдържащият протеин, който се нарича "носител на разпределител" - пластоциан.

Хлоропластите също съдържат цитохром В 6 и В 559. Цитохром В 6, който е полипептид с молекулно тегло от 18 kDa, участва в цикличния трансфер на електрон.

Комплекс B 6 / F е интегрален мембрански комплекс на полипептиди, съдържащ цитохром тип В и Ф. Комплексът цитохром B 6 / F катализира транспортирането на електрони между двете фотосистеми.

Цитохромният комплекс B 6 / F възстановява малък басейн с водоразтворим металопротеин - пластоцианец (PC), който служи за предаване на еквиваленти на FS I. Комплекс. Пластокианът е малък хидрофобен металопротеин, който включва медни атоми.

Участниците в първичните реакции в реакционния център на FS II са основният донор на електроните Р 680, междинният акцептор на теофин и два пластохинон (обикновено означени Q и C), разположени в близост до Fe 2+. Основният донор на електроните е една от формите на хлорофил А, наречена P 680, тъй като се наблюдава значителна промяна в абсорбцията на светлина при 680 ° С.

Първичният акцептор на електрона в FS II е пластохинон. Предполага се, че Q е комплекс от желязо-чин. Вторичният акцептор на електрона в FS II също е пластинка, обозначена с В, и функционира последователно с Q. Пластмено / пластохинонната система толерира едновременно с два електрона още два протони и във връзка с това е двубонна редукционна система. Тъй като двата електрона се предават по и т.н. през пластохинон / пластичната система, два протони се прехвърлят през тилакоидна мембрана. Смята се, че градиентът на концентрацията на протона произтича от това и е движещата сила на процеса на синтез на АТФ. Следствието на това е да се увеличи концентрацията на протони в тилакоидите и появата на значителен градиент на рН между външната и вътрешната страна на тилакоидната мембрана: от вътрешната страна на средата е по-кисела, отколкото от външната страна .

2. Фотосинтетична фосфорилиране

Електрон донор за FS-2 е вода. Водни молекули, даващи електрони, дезинтегрират върху свободния хидроксил и протон Н +. Безплатни хидроксилни радикали, взаимно реагират помежду си, получават Н20 и О2. Предполага се, че манганните и хлорните йони участват в фотофюктуриране на вода като кофактори.

В процеса на фотолизис на вода се проявява същността на фотохимичната работа, извършена по време на фотосинтезата. Но окисляването на водата се осъществява при условие, че електронният електронно изгонен от молекулата се предава на акцептора и след това към електронималната верига (и т.н.). В ИТС фотоситестемите-2, пластохинон, цитохроми, пластоциани (протеин, съдържащ мед), прищявка, NADF и т.н. се обслужват от електронни носители.

Електронният електронен електрон е заловен от протеин, съдържащ желязо и сяра, и се предава на Fraeloxin. В бъдеще пътят на този електрон може да бъде двоен. Един от тези пътеки се състои от алтернативен трансфер на електрон от FREROXIN чрез ред носители отново до Р 700. След това квантът на светлината намалява следния електрон от P 700 молекулата. Този електрон идва на Fraeloxin и отново се връща в хлорофилната молекула. Цикличността на процеса е ясно проследена. Когато електронът се прехвърля от FREEDOXIN, електронната енергия за възбуждане преминава към образуването на ATF от ADP и N Z P0 4. Този тип фотофорилиране на име Р. Арнон циклични . Цикличното фосфеилиране на снимки може теоретично и със затворени прахове, защото е по избор да се обменя с атмосферата.

Нециклично фотофоферилиране продължава с участието на двете фотосистеми. В този случай, електроните са избити от Р 700 и протонът Н + идва в FREEDOXIN и се прехвърля чрез ред носители (атлаг и т.н.) върху NADF с образуването на намаления NAPF ·H2. Последният, като силен редуциращ агент, се използва в тъмни фотосинтезни реакции. В същото време, хлорофилната молекула Р 680, поглъщането на квантовата светлина, също отива в възбудено състояние, което дава един електрон. След като премина през поредица от носители, електронната попълва електронната повреда в молекулата № 700. Електронната "дупка" на хлорофил р 680 се попълва поради електрона от йона, една от продуктите от полизис на водата. Електронната енергия, извадена от квантовата светлина от Р 680, по време на прехода чрез електронималната верига към фотосистемата 1 отива при внедряването на фотофосфорилиране. С некликлически електронния транспорт, както може да се види от веригата, водата на водата и освобождаването на свободен кислород се появява.

Електронният трансфер е в основата на разглеждания фотофосфорилиционен механизъм. Английският биохимик П. Мичъл предложи теорията за фотофосфорилиране, името на химиозологичната теория. Etz хлоропласти, както знаете, се намира в мембраната на тилакоид. Един от носителите на електрони в и т.н. (пластохинон), според хипотезата на P. Mitchell, прехвърля не само електрони, но и протони (Н +), които ги преместват през тийлакоидната мембрана в посоката отвън вътре. Вътре в тилакоидната мембрана с натрупването на протони, средата се подкислява и във връзка с това, рН градиентът възниква: външната страна става по-малко кисела от вътрешната. Този градиент също се увеличава поради пристигането на протони - продукти за фотографски марки.

Разликата на рН между външната страна на мембраната и вътрешността създава значителен източник на енергия. С тази енергия протоните за специални канали в специален растеж на гъби от външната страна на тилацидната мембрана се отделят. В тези канали има коефициент на сдвояване (специален протеин), който е в състояние да участва в фотофосфейлинг. Предполага се, че такъв протеин е слят ензим, който катализира реакцията на упадъка на АТФ, но в присъствието на енергия преминава през протонната мембрана - и неговия синтез. Досега има градиент на рН и следователно, докато движи електрони по веригата на носителя в фотовата системи, ще се появи синтез на АТФ. Изчислено е, че за всеки два електрона, преминали през и т.н. в тималоида, четири протони се натрупват, а за всеки три протон, изхвърлени с участието на коефициента на конюгация от мембраната, се синтезира една АТР молекула.

Така, в резултат на светлинната фаза, поради енергията на светлината, АТР и Napfn2 се образуват, използвани в тъмната фаза и продуктът на водната снимка и вода се освобождава в атмосферата. Общото уравнение на светлинната фаза на фотосинтезата може да бъде изразено, както следва:

2N 2 O + 2NADFF + 2 ADF + 2N 3 PO 4 → 2 Napfn 2 + 2 ATP + O 2

Фотосинтезата е комбинация от процесите на образуване на лека енергия в енергията на химическите връзки на органични вещества с участието на фотосинтетични оцветяващи вещества.

Този вид хранене е характерен за растенията, прокариотите и някои видове едноклетъчни еукариоти.

С естествен синтез, въглерод и вода в взаимодействието със светлината се превръщат в глюкоза и свободен кислород:

6CO2 + 6H2O + светлина енергия → C6H12O6 + 6O2

Модерната физиология на растенията под концепцията за фотосинтеза разбира фотометрофична функция, която е набор от процеси на абсорбция, трансформация и използване на светлинна енергия кванти при различни не-рефродуктивни реакции, включително превръщане на въглероден диоксид към органичната.

Фаза

Фотосинтеза в растенията се случва в листата през хлоропластите - полуавтономни двустранни органели, свързани с клас клас. С плоска форма на листови плочи, се осигуряват висококачествена абсорбция и пълноценно използване на светлинна енергия и въглероден диоксид. Водата, необходима за естествен синтез идва от корените чрез водна тъкан. Обменът на газ се извършва с помощта на дифузия през дисстрийската и частично през кутикулата.

Хлоропластите се пълнят с безцветна строма и проникват с ламели, които, когато са свързани помежду си, образуват тимациди. Тя е в тях и се случва фотосинтеза. Цианобактериите са хлоропласти, затова апаратът за естествен синтез в тях не е подчертан в отделна организация.

Фотосинтеза с участието на пигментикоито обикновено се сервират хлорофили. Някои организми съдържат друг пигмент - каротеноид или фикробилин. Прокариотите имат пигмент бактерио-хлорофил и тези организми не отделят кислород в края на естествения синтез.

Фотосинтезата се извършва две фази - светлина и тъмно. Всеки от тях се характеризира с определени реакции и взаимодействащи вещества. Помислете за прочетете повече фаза на фотосинтеза.

Светлина

Първата фаза на фотосинтезата Характеризира се с образуването на високоенергийни продукти, които са АТФ, клетъчен източник на енергия и NADF, намаляващо агент. В края на етапа, кислородът се образува като страничен продукт. Светлината се случва задължително със слънчева светлина.

Процесът на фотосинтеза се извършва в тилакоидните мембрани с участието на електронни носители, АТР-синтетаза и хлорофил (или друг пигмент).

Функционирането на електрохимичните вериги, според които се появява електронната предавка и частично водородните протони, се образува в сложни комплекси, образувани от пигменти и ензими.

Описание на процеса на светлината:

В случай на слънчева светлина върху листните плочи на растителните организми, настъпва електрон на хлорофил в структурата на плочите;
В активното състояние частиците излизат от пигментната молекула и падат върху външната страна на тиляцида, заредена отрицателно. Това се случва едновременно с окисляването и последващото възстановяване на хлорофилните молекули, които подреждат следващите електрони от водата, влязла в листата;
След това има снимка и за образуването на йони, които дават електрони и се превръщат в о, радикали, които могат да участват в реакции и в бъдеще;
След това тези радикали са свързани, образувайки водни молекули и свободен кислород, влизат в атмосферата;
Тилакоидната мембрана придобива положителен заряд, дължащ се на водородния йон, а от друга - отрицателен за сметка на електроните;
При постигането на 200 mV разлика между страните на мембраната протоните преминават през ензима ATP-синтетаза, който води до трансформация на ADP в АТР (процес на фосфорилиране);
С ядрен водород, освободен от вода, NADF + се възстановява в NADF · H2;

Докато свободният кислород в реакционния процес влиза в атмосферата, АТФ и NADF · H2 участват в тъмната фаза на естествения синтез.

Норма

Задължителен компонент за този етап - въглероден диоксидкои растения постоянно се абсорбират от външната среда през праха в листата. Процесите на тъмната фаза се държат в строма на хлоропласт. Тъй като на този етап не се изисква много слънчева енергия и ще бъде достатъчно получена по време на светлинната фаза АТР и NADF · H2, реакциите в организмите могат да се появят през деня и през нощта. Процесите на този етап се появяват по-бързо, отколкото на предишния.

Комбинацията от всички процеси, протичащи в тъмната фаза, е представена като особена верига от последователни трансформации на въглероден диоксид, получени от външната среда:

Първата реакция в такава верига е фиксирането на въглероден диоксид. Наличието на ензимната карбоксилаза допринася за бързия и гладък поток на реакцията, който води до образуването на шестоъгълно съединение, разпадащо се върху 2 молекули на фосфоглицелололозна киселина;
След това има доста сложен цикъл, включително друг брой реакции, след завършване на това коя фосфоглицеринова киселина се превръща в естествена захар - глюкоза. Този процес се нарича цикъл на Калвин;

Също заедно със захар, мастни киселини, аминокиселини, глицерол и нуклеотиди също се появяват.

Същността на фотосинтезата

От таблицата на сравненията на светли и тъмни фази на естествения синтез, можете да опишете накратко същността на всеки от тях. Светлинната фаза се появява в хлоропластни марини със задължително включване в реакцията на светлинната енергия. При реакции такива компоненти участват като протеини, които носят електрони, АТР синтетаза и хлорофил, които, когато се взаимодействат с вода, образуват свободен кислород, ATP и NAPF · H2. За тъмната фаза, която се среща в строма на хлоропласт, слънчевата светлина не е задължителна. Естествената захар (глюкоза) се образува на последния етап на АТР и NAPF · Н2 в взаимодействието с въглероден диоксид.

Както може да се види от гореизложеното, фотосинтезата изглежда доста сложна и многоетачна явление, включително множество реакции, при които участват различни вещества. В резултат на естествен синтез се получава кислород, който е необходим за дишането на живите организми и ги предпазва от ултравиолетова радиация чрез образуването на озоновия слой.

Въпрос 1. Колко глюкоза синтезирана по време на фотосинтеза се отчита за всеки от 4-те милиарда жители на Земята годишно?
Ако смятаме, че за годината цялата растителност на планетата произвежда около 130 000 тона захари, а след това с един жител на Земята (при условие, че населението на Земята е 4 милиарда жители) те представляват 32,5 милиона тона (130000 тона / 4 \u003d 32.5).

Въпрос 2. Къде се взема кислород от процеса на фотосинтеза?
Кислородът в атмосферата в процеса на фотосинтеза се образува по време на реакцията на фотолиза - разграждането на вода под действието на слънчевата светлина (2N 2 O + енергия на светлина \u003d 2H2 + 02).

Въпрос 3. Какво е значението на светлинната фаза на фотосинтезата; Тъмна фаза?
Фотосинтеза- Това е процесът на синтезиране на органични вещества от неорганичен под действието на слънчевата светлина.
Фотосинтезата в растителни клетки отива в хлоропласти. Обща формула:
6CO2 + 6N 2 O + светлинна енергия \u003d C6H12O6 + 6O2.
Леката фаза на фотосинтезата е само в светлината: квантът на светлината удари електрона от хлорофилната молекула, лежаща в тилакоидната мембрана; Релефен електрон или се връща назад или влиза в веригата на окисляване един на друг ензими. Ензимната верига предава електрон на външната страна на тийлакоидната мембрана към носителя на електроните. Мембраната се зарежда отрицателно отвън. Положително заредена молекула на хлорофил, лежаща в центъра на мембраната, окислява ензими, съдържащи манганови йони, лежащи от вътрешната страна на мембраната. Тези ензими са нанесени в реакциите на фотолиза на вода, в резултат на което се образува N +; Водородните протони се хвърлят във вътрешната повърхност на тилацедната мембрана и на тази повърхност се появява положителна такса. Когато потенциалната разлика на тилакоидната мембрана достигне 200 mV, протоните започват да се промъкват през канала на АТФ синтетаза. ATP е синтезиран.
В тъмната фаза от СО2 и атомния водород, свързан с носители, глюкозата се синтезира поради енергия на АТР. Синтезът на глюкозата е в строма на хлоропласти върху ензимните системи. Общ отговор на тъмния сцена:
6so 2 + 24H \u003d C6H12O6 + 6N 2 O.
Фотосинтезата е много продуктивна, но хлоропластите на листа са заснети, за да участват в този процес само с 1 квантовата светлина от 10,000. Въпреки това е достатъчно, за да се гарантира, че зеленото растение може да синтезира 1 g глюкоза на час от повърхността на листа с площ от 1м 2.

Въпрос 4. Защо присъствието в почвата на хемосинтетични бактерии е необходимо за висшите растения?
Растенията са необходими за нормален растеж и развитие на минерални соли, съдържащи елементи като азот, фосфор, калий. Много видове бактерии, които могат да синтезират органичните съединения, от които се нуждаят от неорганична поради енергията на химически окислителни реакции, протичащи в клетката, принадлежат към хемотрофам. Заловените бактериални вещества са окислени и получената енергия се използва върху синтеза на сложни органични молекули от СО2 и Н20. Този процес се нарича хемосинтеза.
Най-важната група хемосинтетични организми са нитрифициращи бактерии. Проучване, с.н. Виноградски през 1887 г. отвори процеса хемосинтеза. Протитиране на бактерии, тапицирани в почвата, окисляват амоняк, образувани при гниещи органични остатъци, до азогенна киселина:
2mn 3 + Zo2 \u003d 2No 2 + 2N 2 O + 635 KJ.
Тогава бактериите на други типове от тази група се окисляват чрез нитрокси киселина до азот:
2NO 2 + O 2 \u003d 2N0 3 + 151.1 kJ.
Възстановяване с минерални вещества, азотни и азотни киселини образуват соли, които са най-важните компоненти на минералното хранене на висшите растения. Под действието на други видове бактерии в почвата, образуването на фосфати, използвано и от висши растения.
По този начин, Хемосинтеза - Това е процесът на синтеза на органични вещества от неорганичната енергия, дължаща се на енергията на реакциите на химичното окисление, настъпили в клетката.