Kako i gdje je proces fotosinteze u biljkama? Faze fotosinteze svjetlo tamne reakcije.

Koristeći svjetlosnu energiju ili bez njega. Karakteristično je za biljke. Razmotrimo tada što je tamna i lagana faza fotosinteze.

Općenito

Orguli fotosinteze u višim biljkama je list. Kloroplasti su organoidi kao organoidi. U membranama njihovih thilakoids postoje fotosintetski pigmenti. Oni su karotenoidi i klorofile. Potonji postoje u nekoliko vrsta (a, c, b, d). Glavni se smatra a-klorofilom. U svojoj molekuli, porfirina "glava" se oslobađa s atom magnezija koji se nalazi u središtu, kao i fitolon "rep". Prvi element je predstavljen kao ravna struktura. Glava je hidrofilna, stoga se nalazi na dijelu membrane koja je usmjerena na vodeni okoliš. Fitolon "rep" je hidrofobna. Zbog toga drži molekulu klorofile u membrani. Klorofile se apsorbiraju plavo-ljubičastim i crvenim svjetlom. Oni također odražavaju zeleno, zbog čega biljke karakteristične za njih boju. U pilactotoidnim membranama, molekula klorofila je organizirana u Photosystems. Za sistelenske alge i biljke karakteriziraju sustavi 1 i 2. Photosyntheses bakterija imaju samo prvi. Drugi sustav može razgraditi H20, odvajanje kisika.

Lagana faza fotosinteza

Procesi koji se pojavljuju u biljkama razlikuju se složenošću i višestupanjskim. Posebno se razlikuju dvije skupine reakcija. Oni su inamic i lagana faza fotosinteze. Potonji se događa uz sudjelovanje enzima ATP, proteina koji nose elektrone i klorofil. Lagana faza fotosinteze javlja se u tilactoidnim membranama. Elektroni klorofila su uzbuđeni i ostavljaju molekulu. Nakon toga padaju na vanjsku površinu pilactotoidne membrane. Ona, zauzvrat, negativno se naplaćuje. Nakon oksidacije počinje obnova molekula klorofila. Oni odabiru elektrone u vodi, koji su prisutni u intrakatskom prostoru. Dakle, lagana faza fotosinteze se nastavlja u membrani tijekom propadanja (fotolidij): h2 o + q svjetlo → h + +

Hidroksilni ioni se pretvaraju u reaktivne radikale, dajući im elektrone:

On - → .on + e -

He-radikali se kombiniraju i oblikuju slobodni kisik i vodu:

Ali → 2N 2 O + O 2.

U isto vrijeme, kisik se uklanja u okolni (vanjski) medij, a akumulacija protona u posebnom "spremniku" se akumulira unutar tilactoida. Kao rezultat toga, gdje teče lagana faza fotosinteze, pilaktotozna membrana zbog N + na jednoj strani dobiva pozitivan naboj. U isto vrijeme, na račun elektrona, on se negativno naplaćuje.

Fosfation adf.

Tamo gdje teče lagana faza fotosinteze, postoji potencijalna razlika između unutarnje i vanjske površine membrane. Kada dosegne 200 mV, proton gura kroz ATP sintetaze kanala. Dakle, svjetlosna faza fotosinteze javlja se u membrani tijekom fosforilacije ADF u ATP. U isto vrijeme, atomski vodik je usmjeren na obnovu posebnog nosača niNADF + na NAPF.N2:

2N + + 2E - + NADF → NADF.N 2

Lagana faza fotosinteze, tako uključuje fotoliz vode. To, zauzvrat, prati tri najvažnije reakcije:

1. Sinteza ATP.
2. Obrazovanje Nadf.n 2.
3. Formiranje kisika.

Lagana faza fotosinteze popraćena je oslobađanjem potonjeg u atmosferu. Nadf.n2 i ATP kreću u stromomu kloroplasta. Ova lagana faza fotosinteze je dovršena.

Drugu skupinu reakcija

Za tamnu fazu fotosinteze, svjetlosna energija nije potrebna. Ona ide u stromi kloroplasta. Reakcije su predstavljene kao lanac konzistentno jače transformacije iz zračnog ugljičnog dioksida. Kao rezultat toga, formiraju se glukoza i druge organske tvari. Prva reakcija je fiksacija. Kao prihvatljivi ugljični dioksid, radi ribalosobifosfat (peto-ugljični šećer) vrpca. Katalizator u reakciji je ribalosobifosfat karboksilaze (enzim). Kao rezultat karboksilacije, Ribf se formira s šest zakrivljenih nestabilnih veza. Praktično se odmah raspada u dvije fgk (fosfoglicerozske kiseline) molekule. Nakon toga postoji ciklus reakcija, gdje se transformira u glukozu kroz nekoliko sredstava. Oni koriste energiju NADF.N 2 i ATP, koji su transformirani kada je pokrivena lagana faza fotosinteze. Ciklus tih reakcija naziva se Calvinovim ciklusom. Može se predstavljati kako slijedi:

6SO 2 + 24H + + ATP → C6H 12 ° 6 + 6N 2

Osim glukoze, tijekom fotosinteze formiraju se i drugi organski (složeni) spojevi. To su, posebno, masne kiseline, glicerin, nukleotidne aminokiseline.

C3 reakcije

Oni predstavljaju vrstu fotosinteze, u kojoj se tlo-ugljični spojevi formiraju kao prvi proizvod. To je gore opisano kao ciklus Calvina. Kao karakteristične značajke C3 fotosinteze su:

1. Ribf je akceptor za ugljični dioksid.
2. Reakcija karboksilacije katalizira karboksilazu Ribf.
3. Formira se heksagonelna tvar koja se nakon toga raspada na 2 FGK.

Fosfoglicerina kiselina je obnovljena u TF (trioslofosfati). Neki od njih su usmjereni na regeneraciju ribalosobifosfata, a ostatak se pretvara u glukozu.

C4 reakcije

Za ovu vrstu fotosinteze, izgled četverostrukih spojeva kao prvi proizvod je karakterističan. Godine 1965. otkriveno je da se C4 tvari pojavljuju prvi u nekim biljkama. Na primjer, pronađeno je za Prolet, Sorghum, šećerna trska, kukuruza. Te su kulture počele odnositi na biljke C4. Slijedeći, 1966, srok i otvor (australski znanstvenici) otkrili su da su gotovo potpuno odsutne fotografije. Također je utvrđeno da se takve C4 biljke mnogo učinkovitije provodi apsorpcijom ugljičnog dioksida. Kao rezultat toga, stazi transformacije ugljika u takvim kulturama počeo se nazivati \u200b\u200bhatch salca.

Zaključak

Vrijednost fotosinteze je vrlo velika. Zahvaljujući njemu, plin ugljičnog dioksida se godišnje apsorbira iz atmosfere (milijarde tona). Umjesto toga, odlikuje se ne manje kisika. Fotosinteza djeluje kao glavni izvor formiranja organskih spojeva. Kisik je uključen u formiranje ozonskog omotača, osiguravajući zaštitu živih organizama od učinaka kratkotrajnog UV zračenja. U procesu fotosinteze, list upije samo 1% od cijele energije svjetla pada na njega. Njegova produktivnost je unutar 1 g organskog spoja na 1 kV. m površine na sat.

Fotosinteza se sastoji od dvije faze - svjetlo i tamno.

U laganoj fazi, svjetlo qualta (fotoni) djeluje s molekulama klorofila, kao rezultat kojih se te molekule kreću u vrlo kratkom vremenu u bogatijoj energiji, "uzbuđenom" stanju. Tada se višak energije dijela "uzbuđenih" molekula pretvara u toplinu ili se emitira kao svjetlo. Još jedan dio se prenosi vodikovim ionima, uvijek dostupan u vodenoj otopini zbog disocijacije vode. Formirani atomi vodika su krhki s organskim molekulama - nosači vodika. Hidroksidni ioni daju elektrone drugim molekulama i pretvaraju se u slobodne radikale. On međusobno komunicira, što rezultira vodom i molekularnim kisikom:

4ON \u003d O2 + 2N2O Dakle, izvor molekularnog kisika, koji se generira tijekom fotosinteze i oslobađa u atmosferu, nalazi se raspadanje za fotoliz - voda pod utjecajem svjetla. Osim fotolize vode, energija sunčevog zračenja koristi se u laganoj fazi sinteze ATP i ADP i fosfata bez sudjelovanja kisika. To je vrlo učinkovit proces: u kloroplastima se formira 30 puta više ATPS nego u mitohondriji istih biljaka koje uključuju kisik. Na taj se način akumulira energija potrebna za procese u tamnoj fazi fotosinteze.

U kompleksu kemijskih reakcija tamne faze, za protok od kojih svjetlost nije potrebno, ključno mjesto je povezivanje CO2. U tim reakcijama, ATP molekule su uključene, sintetizirane tijekom lagane faze i atomi vodika nastali su tijekom fotolize vode i povezane s nosačem molekula:

6SO2 + 24n - »C6H12o6 + 6NEO

Tako se energija sunčeve svjetlosti pretvara u energiju kemijskih veza složenih organskih spojeva.

87. Vrijednost fotosinteze za biljke i za planet.

Fotosinteza je glavni izvor biološke energije, fotosintetski autotrofi ga koriste za sintezu organskih tvari iz anorganskih, heterotrofija postoje zbog energije pohranjene autotrofima u obliku kemijskih veza, oslobađali je u procesima disanja i fermentacije. Energija dobivena čovječanstvom tijekom izgaranja fosilnih goriva (ugljen, nafta, prirodni plin, treset) također je pohranjen u procesu fotosinteze.

Fotosinteza je glavni ulaz anorganskih ugljika u biološki ciklus. Sva slobodna atmosfera kisika - biogeno podrijetlo i je nusprodukt fotosinteze. Formiranje oksidativne atmosfere (katastrofa kisika) u potpunosti je promijenila stanje Zemljine površine, omogućilo je da se pojavi disanje, au budućnosti, nakon formiranja ozonskog omotača, omogućilo je da dođe do kopna. Proces fotosinteze temelj je prehrane svih živih bića, a također opskrbljuje čovječanstvo s gorivom (drvo, ugljen, ulje), vlakna (celuloza) i bezbroj korisnih kemijskih spojeva. Ugljičnog dioksida i vode spojene iz zraka tijekom fotosinteze, formira se oko 90-95% suhe težine žetve. Preostalih 5-10% pada na mineralne soli i dušik iz tla.

Osoba koristi oko 7% proizvoda fotosinteze u hrani, kao hrana za životinje i u obliku goriva i građevinskog materijala.

Fotosinteza, koja je jedan od najčešćih procesa na Zemlji, određuje prirodni ciklus ugljika, kisika i drugih elemenata te osigurava materijalnu i energetsku osnovu života na našem planetu. Fotosinteza je jedini izvor atmosferskog kisika.

Fotosinteza je jedan od najčešćih procesa na Zemlji, uzrokuje cirkulaciju u prirodi ugljika, O2 i drugih elemenata. To čini materijalnu i energetsku osnovu svih živih na planeti. Svake godine, kao rezultat fotosinteze, oko 8 1010 tona ugljika veže u obliku organske tvari, nastaje do 1011 tona celuloze. Zahvaljujući fotosintezi sushi biljaka formira oko 1.8 1011 tona suhe biomase godišnje; Približno je ista količina biomase biljaka nastala godišnje u svijetu oceana. Rainforest dovodi do 29% u ukupne proizvode fotosinteze zemljišta, a doprinos šuma svih vrsta je 68%. Photosynthesis viših biljaka i algi jedini je izvor atmosferskog O2. Nastanak na Zemlji je prije oko 2,8 milijardi godina, mehanizam oksidacije vode s formiranjem O2 je najvažniji događaj u biološkoj evoluciji, što je svjetlo sunca od strane glavnog izvora - slobodna energija biosfere i Voda je praktički neograničen izvor vodika za sintezu tvari u živim organizmima. Kao rezultat toga, formirana je atmosfera modernog pripravka, O2 je postala dostupna oksidaciji hrane, a to je dovelo do pojave visoko organiziranih heterotrofnih organizama (koristi se kao egzogene organske tvari kao izvor ugljika). Ukupna zaliha energije sunčeve zračenja u obliku fotosinteza proizvoda je oko 1.6,1021 KJ godišnje, što je oko 10 puta veće od moderne potrošnje energije čovječanstva. Otprilike polovica energije sunčevog zračenja čini vidljivim rasponom spektra (valna duljina l od 400 do 700 nm), koja se koristi za fotosintezu (fiziološki aktivno zračenje ili prednja svjetla). IR zračenje nije prikladno za fotosintezu organizama za oksigensku (viši biljke i alge), ali se koriste pomoću nekih fotosintetskih bakterija.

Otvaranje procesa kemozinteze S.N. Vinogradsky. Karakteristike procesa.

Kemosinteza je proces sinteze iz organskih tvari ugljičnog dioksida, koji se javlja zbog energije odvojene tijekom oksidacije amonijaka, vodikovog sulfida i drugih kemikalija, tijekom života mikroorganizama. Kemosinteza također ima drugo ime - kemolyTeavotrophphy. Otvaranje kemozinteza S. N. Vinogradovsky 1887. godine, korijen je promijenio prikaze znanosti o vrsti metabolizma, koji su glavni organizmi. Kemosinteza za mnoge mikroorganizme je jedina vrsta hrane, jer su u stanju apsorbirati ugljični dioksid kao jedini izvor ugljika. Za razliku od fotosinteze u kemosintezi, koristi se energija koja se formira kao rezultat oksidativnih reakcija reakcije koristi se umjesto lagane energije.

Ova energija treba biti dovoljna za sintezu adenozinerhosforne kiseline (ATP), a njegov broj mora prelaziti 10 kcal / mol. Neke oksidirane tvari daju elektrone u lanac na razini citokrom, a time i za višak sinteze dodatnu potrošnju energije. Uz kemosintezu, biosinteza organskih spojeva nastaje zbog authotrofne asimilacije ugljičnog dioksida, odnosno na isti način kao i na fotosintezi. Kao rezultat prijenosa elektrona lancem respiratornih enzima bakterija, koji su ugrađeni u staničnu membranu, dobiva se energija u obliku ATP-a. Zbog velike potrošnje energije, sve kemosintetske bakterije, osim vodika, čine prilično malu biomasu, ali u isto vrijeme oksidiraju veliku količinu anorganskih tvari. Vodikove bakterije koriste znanstvenici za dobivanje proteina i pročišćavanja atmosfere iz ugljičnog dioksida, to je posebno potrebno u zatvorenim sustavima zaštite okoliša. Postoji velika raznolikost kemosintetskih bakterija, od kojih se većina odnosi na pseudomonads, nalaze se i među filamentonima i obvezujućim bakterijama, Leptospirom, Spirillu i Corinbakterijama.

Primjeri uporabe kemosinteze prokariotm.

Suština kemosinteze (proces koji je otvorio ruski istraživač Sergej Nikolayevich Vinogradsky) je proizvodnja energije od organizma organizma oksidacijske reakcije koje su sami provodi ovaj organizam s jednostavnim (anorganskim) tvari. Primjeri takvih reakcija mogu biti amonijev oksidacija na nitritu, ili bivalentno željezo na glikomped, vodikov sulfid do sumpora, a specifične prokariotske skupine (bakterije u širokom smislu riječi) sposobne su kemosintezu (bakterije u širokoj razini osjećaj riječi). Zbog kemozinteze trenutno postoje samo ekosustavi nekih hidrodromala (mjesta na dnu oceana, gdje postoje prinosi vrućih podzemnih voda, bogatih obnovljenih tvari - vodik, vodikov sulfid, željezni sulfid, itd.), Kao i iznimno Jednostavno, koji se sastoji samo od bakterija, ekosustava otkrivenih na velikim dubinama u obrocima stijena na kopnu.

Bakterije - Kemosintetici, uništiti stijene, pročistiti otpadne vode, sudjeluju u formiranju minerala.

Tema 3 faze fotosinteze

Odjeljak 3 Photosynthesis

1. Fotosinteza lake faze

2.photosintetska fosforilacija

3. Stavljanje CO 2 u fotosintezu

4. Tripping

Suština svjetlosne faze fotosinteze je apsorbirati energiju zračenja i njegovu transformaciju u asimilatorsku silu (ATP i NADF-H), što je potrebno za obnovu ugljika u tamnim reakcijama. Složenost transformacije svjetlosne energije transformira u kemikaliju zahtijeva njihovu strogu organizaciju membrane. Lagana faza fotosinteze javlja se u kloroplastnim marinima.

Dakle, fotosintetska membrana provodi vrlo važnu reakciju: ona pretvara energiju apsorbiranog svjetla kvantu u potencijal za smanjenje oksidacije i potencijal za reakciju prijenosa fosforilnog grupe u ATP molekuli, u isto vrijeme , Energetska konverzija se pretvara iz vrlo kratkotrajnog oblika u obliku dovoljno dugotrajnog. Stabilizirana energija se kasnije može koristiti u biokemijskim reakcijama biljne ćelije, uključujući u reakcijama koje dovode do obnove ugljičnog dioksida.

Pet glavnih polipeptidnih kompleksa ugrađeno je u unutarnje membrane kloroplasta: kompleks fotosustava I (FS I), Photosystem II (FSII) kompleks, svjetlo treniranje kompleks II (SSKII), Cytochromc B6 F-kompleks i ATP Synthase (CF 0 - CF 1 -Complex). FSI kompleksi, FSII i SSKII sadrže pigmente (klorofile, karotenoide), od kojih većina funkcionira kao antenski pigmenti, prikupljanje energije za pigmente FSI i FSII. FSI i FSII kompleksi, kao i citokrom b6 F. -Complex su u njegovom sastavu redoks-kofaktore i uključeni su u fotosintetski transport elektrona. Proteini tih kompleksa odlikuju se visokim sadržajem hidrofobnih aminokiselina, što osigurava njihovo ugradnja u membranu. ATP Sintaza ( Cf 0 - cf 1 -Complex) provodi sintezu ATP-a. Osim velikih polipeptidnih kompleksa u tilakoidnim membranama, postoje male komponente proteina - plastociana, ferrendoksin i fernoksin-nadf-oksidoreduktaza, Nalazi se na površini membrana. Oni ulaze u elektroničkog transportnog sustava fotosinteze.

Sljedeći procesi javljaju se u svjetlom ciklusa fotosinteze: 1) fotoeksitaciju fotosintetskih pigmentnih molekula; 2) energetska migracija iz antene do reakcijskog centra; 3) fotokozu molekule vode i odabir kisika; 4) foto brtvljenje NADF na NADF-N; 5) Fotosintetska fosforilacija, formiranje ATP.

Pigmenti kloroplasta se kombiniraju u funkcionalne komplekse - pigmentne sustave u kojima je reakcijski centar - klorofil ali, Provođenje fotosenzibilizacije povezana je procesima prijenosa energije s antenom koja se sastoji od oštrih pigmenata. Moderna shema fotosinteze viših biljaka uključuje dvije fotokemijske reakcije koje se provode uz sudjelovanje dvaju različitih fotosistestava. Pretpostavka o njihovom postojanju izražena je R. Emersonom 1957. godine, na temelju učinka dugotrajnog crvenog svjetla koje je otkrio (700 nm), osvjetljavanje zajedničkog svjetla s više valnih zraka (650 nm). Nakon toga, utvrđeno je da fotosystem II apsorbira više s kratkim zrakama u usporedbi s FSI. Fotosinteza je učinkovita samo kada zajednički funkcioniraju, što objašnjava emersonov učinak jačanja.

Sastav FSI, klorofil dimera je uključen kao reakcionarni centar a C. Maksimalna apsorpcija svjetla 700 nm (p 700), kao i klorofile ali 675-695, igrajući ulogu antenske komponente. Primarni elektronski akceptor u ovom sustavu je monomerni oblik klorofila ali 695, sekundarni akceptori - proteini željeza (-Fes). Kompleks FSI-a pod djelovanjem svjetla vraća protein - ferredoksin koji sadrži željezo (PD) i oksidira proteinsko-plastocianin koji sadrži bakra (PC).

FSII uključuje reakcijski centar koji sadrži klorofil ali(P 680) i pigmenti antene - klorofile ali 670-683. Primarni elektronski akceptor je feeofitin (FF) prenosi elektrone na plastochinone. FSII također uključuje proteinskog kompleksa S-sustava, oksidirajući vodu, a nosač elektrona Z. Ovaj kompleks funkcionira uz sudjelovanje mangana, klora i magnezija. FSII obnavlja plastochinone (PQ) i oksidira vodu s označavanjem 2 i protonima.

Veza između FSII i FSI služe kao fond plastokhinonova, protein citokromnog kompleksa b6 F. i plastocianon.

U kloroplastima biljaka, svaki reakcionarni centar čini oko 300 molekula pigmenata, koji su uključeni u antene ili rasvjetne komplekse. Od kloroplasta lamele, izolira se svjetlosni kompleks proteina koji sadrži klorofile ali i b. i karotenoidi (SSC), usko povezani s FSP i antenskim kompleksima koji su izravno uključeni u FSI i FSII (fokusiranje komponenti antene fotosustava). Pola proteina thilakoida i oko 60% klorofila je lokalizirana u SSK-u. Svaki SSC sadrži od 120 do 240 molekula klorofila.

Kompleks proteina antene FS1 sadrži 110 molekula klorofila a. 680-695 po p 700 , Od tih, 60 molekula su komponente kompleksa antene, koje se mogu promatrati kao SSC FSI. Kompleks antene FSI također sadrži b-karoten.

Kompleks proteina antene FSII sadrži 40 molekula klorofila alis maksimalnom apsorpcijom od 670-683 nm po R680 i b-karotena.

Kromoproteini kompleksa antene nemaju fotokemijsku aktivnost. Njihova je uloga apsorbirati i prenositi energiju Quanta na malu količinu molekula reakcijskih centara R 700 i p 680, od kojih je svaki povezan s elektronskim transportnim lancem i izvodi fotokemijsku reakciju. Organizacija lanca elektronskog vozila (itd.) Sa svim molekulama klorofila je iracionalan, jer čak i na izravnom sunčevom svjetlu na molekuli pigmenta, svjetlosni kvalinja pada više od jednom u 0,1 s.

Fizički mehanizmi procesa apsorpcije, zaliha i migracije energije Klorofil molekule su dobro proučene. Apsorpcija fotona (Hν) je posljedica tranzicije sustava u različitim energetskim državama. U molekuli, za razliku od atoma, mogući su elektronički, oscilacijski i rotacijski pokreti, a ukupna energija molekule jednaka je zbroju ovih vrsta energija. Glavni pokazatelj sustava upijanja energije je razina njegove elektroničke energije, određena je energijom vanjskih elektrona u orbiti. Prema Paulijem načelu, postoje dva elektrona s suprotnosti s usmjerenim leđima, zbog čega se formira stabilan sustav uparenih elektrona. Apsorpcija svjetlosne energije popraćena je prijelazom jednog od elektrona na višu orbitu s zalihama apsorbirane energije kao elektronske ekscitacije energije. Najvažnija karakteristika apsorpcijskih sustava je selektivnost apsorpcije, određena elektroničkom konfiguracijom molekule. U složenoj organskoj molekuli postoji određeni skup besplatnih orbita, za koje je elektronski prijelaz moguć kada se apsorbira svjetlosni kvar. Prema "frekvencijama" bor, učestalost apsorbiranog ili emitiranog zračenja V trebala bi strogo odgovarati razlici energija između razina:

ν \u003d (e 2 - e 1) / h,

gdje je H konstantna daska.

Svaka elektronička tranzicija odgovara određenom apsorpcijskom pojasu. Dakle, elektronička struktura molekule određuje prirodu elektronskog oscilacijske spektre.

Putnik apsorbirane energije povezan s pojavom elektronski uzbuđenih stanja pigmenata. Fizički obrasci uzbuđenih stanja Mg-porfirina mogu se razmotriti na temelju analize elektroničke tranzicijske sheme tih pigmenata (crtanje).

Poznate su dvije glavne vrste uzbuđenih država - singlet i triplet. Razlikuju se u energiji i stanju elektrona. U pojedinačnoj uzbuđenoj državi, okretaja elektrona na glavnoj i uzbuđenoj razini ostaju anti-paralelna, tijekom prijelaza na tripletnu državu, spin od uzbuđenog elektrona se rotira u obliku biradikalnog sustava. Kada se foton apsorbira molekula klorofila, ona se kreće iz glavnog (s 0) na jednu od uzbuđenih pojedinačnih država - s 1 ili s 2 , Što je popraćeno elektronskim prijelazom na uzbuđenu razinu s većom energijom. Uzbuđeni državni s2 je vrlo nestabilan. Elektron brzo (za 10-12 c) gubi dio energije u obliku topline i pada na donju oscilatornu razinu s1, gdje može biti unutar 10-9 s. U državi s 1 može se pojaviti privlačnost elektrona i prijelaz na tripletnu državu t 1, čija je energija niža od 1 .

Moguće je nekoliko načina deaktivacije uzbuđenih država:

· Photon zračenje s tranzicijom sustava u zemlju (fluorescencija ili fosforescencija);

· Prijenos energije na drugu molekulu;

· Upotreba ekscitacijskog energije u fotokemijskoj reakciji.

Migracija energije Između pigmentnih molekula može se provesti u sljedećim mehanizmima. Mehanizam induktivne rezonance (Furster Mehanizam) je moguć kada je elektronski prijelaz optički dopušten i razmjena energije se provodi exciton mehanizam. Koncept "exileon" znači elektronički uzbuđeni stanje molekule, gdje je uzbuđeni elektron ostaje povezan s molekulom pigmenta i ne pojavljuje se odvajanje naknada. Prijenos energije iz uzbuđene molekule pigmenta na drugu molekulu provodi se neradiativnim prijenosom energije uzbude. Elektronski elektron je oscilirajući dipol. Promjenjivo formiranje električnog polja može uzrokovati slične oscilacije elektrona u drugoj pigmentnoj molekuli pri izvođenju uvjeta rezonancije (energetska jednakost između glavnih i uzbudljivih razina) i indukcijskih uvjeta koji određuju prilično snažnu interakciju između molekula (ne više od 10 nm).

Mehanizam rezonantnog rezonanja migracije energije tereny dextera Odvija se kada je prijelaz optički zabranjen i da se dipol tijekom pobude pigmenta ne formira. To zahtijeva bliski kontakt molekula (oko 1 nm) s preklapanjem vanjskih orbitalija. Pod tim uvjetima moguće je razmjena elektrona koji se nalaze na pojedinačnim i tripletnim razinama.

Postoji koncept o fotokemiji kvantni protok postupak. S obzirom na fotosintezu, ovaj pokazatelj učinkovitosti transformacije lagane energije u kemijsku energiju pokazuje koliko se kvanta svjetlost apsorbira kako bi jedna molekula oko 2. Treba imati na umu da svaka foto aktivna tvar molekula istovremeno apsorbira samo jedan kvadrat svjetlosti. Ova energija je dovoljna da uzrokuje određene promjene u molekuli aktivne tvari fotografije.

Poziva se vrijednost, povratna potrošnja kvantna kvantna utičnica: Broj odabranih molekula kisika ili apsorbirane molekule ugljičnog dioksida koji se pojavljuju na jednoj kvantnoj svjetlosti. Ovaj pokazatelj je manji od jednog. Dakle, ako 8 molekula CO 2 troši 8 svjetlosni kvar, tada je kvantni prinos 0.125.

Struktura elektronskog lanca fotosinteze i karakteristike njegovih komponenti.Elektronski transportni lanac fotosinteze uključuje prilično velik broj komponenti smještenih u membranskim strukturama kloroplasta. Gotovo sve komponente, osim kvinima, su proteini koji sadrže funkcionalne skupine sposobne za promjenu reverzibilnih smanjenja i izvođenje funkcija elektrona ili elektrona u kombinaciji s protonima. Brojni ETC prijevoznici uključuju metale (željezo, bakar, mangan). Kao najvažnije komponente prijenosa elektrona u fotosintezu, mogu se uočiti sljedeće skupine spojeva: citokromi, kinoni, piridinnukleotidi, flavoproteini, kao iroproteini, bakarpirani i manganesprotein. Položaj imenovanih skupina u ENC-u određeno je prvenstveno njihovim oksidativnim i potencijalom oporavka.

Prezentacije o fotosintezi, tijekom koje se oslobađa kisik, formirana je pod utjecajem Z-sheme elektroničkog prijevoza R. Hill i F. Bendella. Ova shema je predstavljena na temelju mjerenja oksidativnih i reducirajućih potencijala citokroma u kloroplastima. Krug elektronskog vozila je transformacija elektronske fizičke energije u energiju kemijske veze i uključuje FS i i FS II. Z-shema dolazi od sekvencijalnog funkcioniranja i kombiniranja FSII s FSI.

P 700 je primarni donator elektrona, je klorofil (prema nekim podacima - dimera klorofila A), prenosi elektron na međuprodukt i može se oksidirati s fotokemijskim stazom. A 0 - acceptor međuproizvoda - je klorofil dimer.

Sekundarni elektronski akceptori su vezani za glačanje centara A i V. Element strukture proteina željeznog rukama je rešetka od međusobno povezanih atoma željeza i sumpora koji se naziva ironerskim klaster.

Ferredoksin, topljiv u stromolskoj fazi kloroplasta željeznog proteina, koji je izvan membrane, prenosi elektrone iz FSI reakcionarnog centra do Nadf kao rezultat, Nadf-H je formiran potreban za pričvršćivanje CO2. Svi topljivi feredoksini fotosintetskih organizama koji odvajaju kisik (uključujući cijanobakterije) odnose se na tip 2FE-2.

Elektroni koji nose komponentu također su citokrome f povezan s membranom. Elektronski akceptor za membranu citokroma i izravnog donatora za klorofil-proteinskog kompleksa reakcijskog centra je protein koji sadrži bakra, koji se naziva "nosač distribucije" - plastocian.

Kloroplasti također sadrže citokrome B6 i B559. Citokrome B6, koji je polipeptid s molekulskom masom od 18 kDa, uključen je u ciklički prijenos elektrona.

Kompleks B6 / F je cjelovit membranski kompleks polipeptida koji sadrže tip citokroma B i F. Cytochrome kompleks B6 / F katalizira transport elektrona između dva photosystems.

Cytochrome kompleks B6 / F vraća mali bazen metaloproteina topljivog topljivog u vodi (PC), koji služi za prenošenje ekvivalenata redukcije na kompleks FS I.. Plastocinin je mali hidrofobni metaloprotein, koji uključuje bakrene atome.

Sudionici u primarnim reakcijama u reakcijskom središtu FS II je primarni donator elektrona P 680, intermedijer acceptor toefina i dva plastochinone (obično označena q i c), smještena u blizini FE 2+. Primarni donator elektrona jedan je od oblika klorofila A, pod nazivom P 680, budući da je uočena značajna promjena u apsorpciji svjetlosti na 680.

Primarni elektronski akceptor u FS II je plastohinon. Pretpostavlja se da je Q željez - chinon kompleks. Sekundarni elektronski akceptor u FS II također je plastično označen s B, a funkcioniranje uzastopno s Q. Placen / Plastokhinon sustav se istovremeno tolerira s dva elektrona još dva protona i u vezi s ovim je dva-elektronski redoks sustav. Kako se dva elektrona prenosi s itd. Kroz sustav plastechinone / plastike, dva protona se prenose kroz tilakoidnu membranu. Vjeruje se da je gradijent koncentracije protona koji proizlazi iz toga i pokretačka sila ATP sinteze. Posljedica toga je povećanje koncentracije protona unutar tilakoida i pojave značajnog gradijenta pH između vanjskog i unutarnje strane thilakoidne membrane: od unutarnje strane medija je kiseli nego od vanjskog ,

2. Fotosintetska fosforilacija

Elektron donator za FS-2 je voda. Molekule vode, davanje elektrona, raspadaju se na slobodnom hidroksilu i proton H +. Slobodni hidroksilni radikali, reagiraju jedni s drugima, daju H20 i O2. Pretpostavlja se da su manganski i klorni ioni uključeni u fotokukturne vode kao kofaktore.

U procesu fotolize vode, manifestira se bit fotokemijskog rada provedenog tijekom fotosinteze. No, oksidacija vode se javlja pod uvjetom da se elektronski elektronički izvlačio iz molekule prenosi na akceptor, a zatim na elektro-transportnog lanca (itd.). U ETC Photosystems-2, plastochinone, citokroma, plastocianon (protein koji sadrži bakar), FAD, Nadf, itd. Poslužuju se elektron prijevoznicima.

Reklamnje iz molekule P 700 elektrona zarobljen je proteinom koji sadrži željezo i sumpor, a prenosi se na feredoksin. U budućnosti, put ovog elektrona može biti dvostruki. Jedan od tih putova sastoji se od alternativnog prijenosa elektrona iz ferredoksina kroz niz nosača opet do P 700. Tada kvant svjetla sruši slijedeći elektron iz molekule p 700. Ovaj elektron dolazi do feredoksina i ponovno se vraća na molekulu klorofila. Cikličnost procesa je jasno pratiti. Kada se elektron prenosi s ferredoksina, elektronička energija uzbude ide na formiranje ATF iz ADP-a i N z p0 4. Ova vrsta fotosforilacije pod nazivom R. Arnon ciklički , Ciklička fotografija fosfalaling može teoretski teći i sa zatvorenim prašinama, jer je opcionalno razmjena s atmosferom.

Fosforilacija ne-cikličke fotografije nastavlja se uz sudjelovanje obje photosystems. U tom slučaju, elektroni su izbačeni iz P 700 i proton H + dolazi na feredoksin i prenosi se kroz niz nosača (PHAD, itd.) Nadf s formiranjem smanjene NAPF · H2. Potonji, poput jakog redukcijskog agensa, koristi se u reakcijama tamne fotosinteze. U isto vrijeme, klorofil molekula p 680, apsorbira kvantnog svjetla, također ide u pobuđeno stanje, dajući jedan elektron. Nakon što je prošao kroz niz prijevoznika, elektron nadopunjuje neuspjeh elektrona u molekuli br. 700. Elektronska "rupa" klorofil p 680 nadopunjuje se zbog elektrona iz iona, jednog od vodenih proizvoda za fotografije vode. Elektronska energija, snimljena kvantnim svjetlom iz P 680, tijekom prijelaza kroz elektro-transportnog lanca fotografskog sustava 1 ide na implementaciju fotofosforilacije. Uz ne-ciklički elektronski prijevoz, kao što se može vidjeti iz kruga, fotografiju vode i oslobađanje slobodnog kisika.

Elektronski prijenos je osnovica mehanizma za foto fosforilacije. Engleski biokemičar P. Mitchell iznijela je teoriju fotofosforilacije, ime kemiosmotske teorije. Etz kloroplasti, kao što znate, nalazi se u membrani tylacoida. Jedan od nositelja elektrona u ETC (plastokhinon), prema hipotezi P. Mitchell, prenosi ne samo elektroni, već i protoni (H +), premještajući ih kroz tylacoid membranu u smjeru izvan unutra. Unutar tilakoidne membrane s akumulacijom protona, medij je zakiseljen i u vezi s tim, nastaje gradijent pH: vanjska strana postaje manje kisela od unutarnjeg. Ovaj gradijent se također povećava zbog dolaska protona - proizvoda za fotografije vode.

PH razlika između vanjske strane membrane i unutarnje stvara značajan izvor energije. Uz ovu energiju, emitiraju se protoni za posebne kanale u posebnom rastu gljiva na vanjskoj strani tilacidne membrane. U tim kanalima nalazi se faktor uparivanja (poseban protein), koji je u stanju sudjelovati u foto fosfalizaciji. Pretpostavlja se da je takav protein fuzijski enzim koji katalizira odgovor ATP raspada, ali u prisutnosti energije koja teče kroz protonsku membranu - i njegovu sintezu. Do sada se nalazi gradijent pH i stoga će se pokrenuti elektroni duž nosača u fotografskim sustavima, pojavit će se sinteza ATP-a. Procjenjuje se da je za svaka dva elektrona koja su prošla kroz itd. Unutar thilakoid, četiri protone se akumuliraju i za svaku triju proton, ispuštajući se s sudjelovanjem faktora konjugacije iz membrane, je sintetizirana jedna ATP molekula.

Tako se, kao posljedica lagane faze, zbog energije svjetla, ATP i Napfn 2 formiraju se, koriste u tamnoj fazi, a proizvod fotografije vode i vode se oslobađa u atmosferu. Ukupna jednadžba svjetlosne faze fotosinteze može se izraziti na sljedeći način:

2N 2 o + 2Nadf + 2 ADF + 2N 3 PO 4 → 2 Napfn 2 + 2 ATP + O 2

Fotosinteza je kombinacija procesa stvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza organskih tvari uz sudjelovanje fotosintetskih tvari za bojanje.

Ova vrsta prehrane je karakteristična za biljke, prokariote i određene vrste pojedinačnih eukariota.

S prirodnom sintezom, ugljik i voda u interakciji sa svjetlom se pretvaraju u glukozu i slobodni kisik:

6CO2 + 6H20 + svjetlosna energija → C6H12O6 + 6O2

Moderna biljna fiziologija pod konceptom fotosinteze razumije fotometnofnu funkciju, koja je skup procesa apsorpcije, transformacije i uporabe svjetleće energije quame u različitim ne-ponovnim reakcijama, uključujući konverziju ugljičnog dioksida u organski.

Faza

Fotosinteza u biljkama pojavljuje se u listovima kroz kloroplasti - polu-autonomni dvosna orgurani povezani s klasom klase. Uz ravan oblik ploča ploča, visokokvalitetno apsorpcija i potpuno korištenje svjetlosne energije i ugljičnog dioksida. Voda potrebna za prirodnu sintezu dolazi od korijena kroz tkivo vode. Razmjena plina događa se uz pomoć difuzije kroz discikciju i dijelom kroz kutikulu.

Kloroplasti su ispunjeni bezbojnom stromom i prožete lamelama, koji kada su međusobno povezani, tvore thizanje. U njima se pojavljuje fotosinteza. Cijanobakterije su same kloroplasti, stoga uređaj za prirodnu sintezu u njima nije istaknuta u odvojenoj organeli.

Fotosinteza se nastavlja uz sudjelovanje pigmenatakoji se obično poslužuju klorofile. Neki organizmi sadrže još jedan pigment - karotenoid ili fikobilin. Prokariote imaju pigment bakterio-klorofil, a ovi organizmi ne izlučuju kisik na kraju prirodne sinteze.

Fotosinteza se odvija dvije faze - svjetlo i tamno. Svaki od njih karakteriziraju određene reakcije i interakcijske tvari. Razmotrite pročitajte više procesa faze fotosinteze.

Svjetlo

Prva faza fotosinteze Karakterizira se formiranje visokoenergetskih proizvoda koji su ATP, stanični izvor energije i NADF, reducirajući agens. Na kraju pozornice, kisik se formira kao nusproizvod. Svjetlosna faza se javlja nužno sunčevom svjetlom.

Proces fotosinteze odvija se u tilakoidnim membranama uz sudjelovanje elektronskih prijevoznika, ATP-sintetaza i klorofila (ili drugog pigmenta).

Funkcioniranje elektrokemijskih lanaca, prema kojem se pojavljuju elektronski prijenos i djelomično vodikovog protoka, formira se u složenim kompleksama koje formiraju pigmenti i enzimi.

Opis procesa lake faze:

1. U slučaju sunčeve svjetlosti na pločama biljnih organizmi, pojavljuje se elektron klorofila u strukturi ploča;
2. U aktivnom stanju, čestice dolaze iz molekule pigmenta i padaju na vanjsku stranu tilacida, negativno napunjene. To se događa istovremeno s oksidacijom i naknadnom obnovom klorofila molekula, koje odabiru sljedećih elektrona iz vode unesene u lišće;
3. Zatim postoji fotografija i formiranje iona, koji daju elektrone i pretvaraju se u OH radikale koji mogu sudjelovati u reakcijama iu budućnosti;
4. Tada su ti radikali spojeni, tvoreći molekule vode i slobodni kisik, ulaze u atmosferu;
5. Thilakoid membrana dobiva pozitivan naboj zbog vodikovog iona, a na drugoj - negativno na račun elektrona;
6. S uspjehom razlika od 200 mV između strana membrane, protoni prolaze kroz enzim ATP sintetaze, koji dovodi do transformacije ADP u ATP (fosforilacijski proces);
7. S nuklearnim vodikom oslobođenim iz vode, NADF + je obnovljen u NADF · H2;

Dok slobodni kisik u reakcijskom procesu ulazi u atmosferu, ATP i NADF · H2 su uključeni u tamnu fazu prirodne sinteze.

Norma

Obvezna komponenta za ovu fazu - ugljični dioksidKoje se biljke neprestano apsorbiraju iz vanjskog okruženja kroz prašinu u lišću. Procesi tamne faze se održavaju u stromi kloroplasta. Budući da u ovoj fazi nije potrebno mnogo solarne energije i biti dovoljno dobiveno tijekom svjetlosne faze ATP i NADF · H2, reakcije u organizmi mogu se pojaviti tijekom dana, a noću. Procesi u ovoj fazi događaju se brže nego na prethodnom.

Kombinacija svih procesa koji se pojavljuju u tamnoj fazi prikazani su kao osebujni lanac uzastopnih transformacija ugljikovih dioksida primljenih od vanjskog okruženja:

1. Prva reakcija u takvom lancu je fiksiranje ugljičnog dioksida. Prisutnost enzima Ribf karboksilaze doprinosi brzom i glatku protoku reakcije, što rezultira stvaranjem šesterokutnog spoja, raspadajući se na 2 molekule fosfogliceroznih kiselina;
2. Zatim postoji prilično složen ciklus, uključujući još jedan broj reakcija, po završetku koji se fosfoglicerin kiselina pretvara u prirodni šećer - glukoza. Ovaj se proces naziva Calvinov ciklus;

Također se javljaju i šećer, masne kiseline, aminokiseline, glicerol i nukleotidi.

Bit fotosinteze

Od tablice usporedbi svjetlosnih i tamnih faza prirodne sinteze, možete ukratko opisati suštinu svakog od njih. Svjetlosna faza se javlja u kloroplastnim marinima s obveznim uključivanjem u reakciju lagane energije. U reakcijama, takve komponente su uključene kao proteini koji nose elektrone, ATP sintetaze i klorofil, koji, pri interakciji s vodom, oblikuju slobodni kisik, ATP i NAPF · H2. Za tamnu fazu koja se pojavljuje u stromi kloroplasta, sunčeva svjetlost nije obvezna. Prirodni šećer (glukoza) formiran u posljednjoj fazi ATP i NAPF · H2 u interakciji s ugljičnim dioksidom.

Kao što se može vidjeti iz prethodnog, fotosinteza izgleda prilično složen i višestupanjski fenomen, uključujući mnoštvo reakcija u kojima su uključene različite tvari. Kao rezultat prirodne sinteze dobiva se kisik, koji je potreban za disanje živih organizama i zaštititi ih od ultraljubičastog zračenja formiranjem ozonskog sloja.

Pitanje 1. Koliko se glukoza sintetizira tijekom fotosinteze obračunava za svaki od 4 milijarde stanovnika Zemlje godišnje?
Ako uzmemo u obzir da za godinu, cijela vegetacija planeta proizvodi oko 130.000 milijuna tona šećera, zatim jednom stanovniku Zemlje (pod uvjetom da je stanovništvo Zemlje 4 milijarde stanovnika) čine 32,5 milijuna tona (130000 / 4 \u003d 32,5).

Pitanje 2. Gdje se kisik uzima iz procesa fotosinteze?
Kisik koji je ušao u atmosferu u procesu fotosinteze formira se tijekom reakcije fotolize - raspadanje vode pod djelovanjem energije sunčeve svjetlosti (2N 2 o + energija svjetlosti \u003d 2H2 + O2).

Pitanje 3. Kakvo je značenje svjetlosne faze fotosinteze; Tamna faza?
Fotosinteza- To je proces sinteze organskih tvari od anorganskih pod djelovanjem sunčeve svjetlosti energije.
Fotosinteza u biljnim stanicama ide u kloroplasti. Ukupna formula:
6CO 2 + 6N 2 O + lagana energija \u003d C6H12O6 + 6O 2.
Lagana faza fotosinteze je samo u svjetlu: kvantno svjetlo kuca elektron iz molekule klorofila koji leži u thilakoid membrani.; Reljefni elektron se vraća, ili ulazi u lanac oksidiranja međusobno enzima. Enzim krug prenosi elektron na vanjsku stranu tilakoidne membrane na nosač elektrona. Membrana se negativno navodi izvana. Pozitivno nabijena klorofil molekula, leže u središtu membrane, oksidira enzime koje sadrže mangan ione koji leže na unutarnjoj strani membrane. Ovi enzimi su iscrtani u reakcijama fotolize vode, kao rezultat kojih se formira N +; Protoni vodika bacaju se u unutarnju površinu tilacidne membrane, a na ovoj površini se pojavljuje pozitivan naboj. Kada potencijalna razlika na tylakoidnoj membrani dosegne 200 mV, protoni počinju kliziti kroz ATP sintetaza kanal. ATP je sintetiziran.
U tamnoj fazi iz CO2 i atomskog vodika povezanog s nosačima, glukoza se sintetizira zbog ATP energije. Sinteza glukoze je u stromi kloroplasta na enzimskim sustavima. Ukupni odziv tamnog pozornice:
6SO 2 + 24H \u003d C6H12O6 + 6N 2 O.
Fotosinteza je vrlo produktivna, ali kloroplasti lista su zarobljeni tako da sudjeluju u ovom procesu samo 1 kvant svjetla od 10.000. Međutim, dovoljno je osigurati da zelena biljka može sintetizirati 1 g glukoze na sat s površine listova s \u200b\u200bpovršinom od 1m 2.

Pitanje 4. Zašto je prisutnost u tlu kemosintetičkih bakterija potrebnih za više biljke?
Biljke su potrebne za normalan rast i razvoj mineralnih soli koje sadrže elemente kao što su dušik, fosfor, kalij. Mnoge vrste bakterija koje mogu sintetizirati organske spojeve koje su im potrebne od anorganskih zbog energije kemijskih oksidacijskih reakcija koje se pojavljuju u stanici pripadaju kemotrofamu. Zarobljeni bakterijske tvari su oksidirane, a rezultirajuća energija se koristi na sintezi složenih organskih molekula iz CO2 i H20. Ovaj se proces naziva kemosinteza.
Najvažnija skupina kemosintetskih organizama su nitrificiraju bakterije. Istražujući ih, S.N. Vinogradsky je 1887. otvorio proces kemosinteza, Nitrificirajući bakterije, tapecirane u tlu, oksidiraju amonijak, formirane kada se truli organski ostaci, na dušičnu kiselinu:
2MN 3 + ZO 2 \u003d 2N02 + 2N20 + 635 KJ.
Tada se bakterije drugih tipova ove skupine oksidiraju nitroksi kiselina do nitar:
2NO2 + O 2 \u003d 2NNO 3 + 151,1 KJ.
Interakcija s mineralnim tvarima tla, dušične i dušične kiseline tvore soli koje su najvažnije komponente mineralne prehrane viših biljaka. Pod djelovanjem drugih vrsta bakterija u tlu, formiranje fosfata, također koriste viši biljke.
Na ovaj način, Kemosinteza - To je proces sinteze organskih tvari iz anorganske energije zbog energije kemijskih oksidacijskih reakcija koje se pojavljuju u stanici.