94410

Хемосинтез и фотосинтез. Значение фотосинтеза для существования биосферы

Доклад

Биология и генетика

Световая фаза Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла белков-переносчиков электронов и фермента АТФ-синтетазы. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы...

Русский

2015-09-13

24.37 KB

0 чел.

Хемосинтез и фотосинтез. Значение фотосинтеза для существования биосферы.

Фотосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света:

6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.

У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза — хлоропласты. В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды.

Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы. У растений и синезеленых водорослей имеются фотосистема-1 и фотосистема-2.

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза

Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду или фотолизу воды:

Н2О + Qсвета → Н+ + ОН—.

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН:

ОН— → •ОН + е—.

Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:

4НО• → 2Н2О + О2.

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2:

2Н+ + 2е— + НАДФ → НАДФ·Н2.

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами:

1) синтезом АТФ;

2) образованием НАДФ·Н2;

3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза

Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.

Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа; акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахаррибулозобифосфат (РиБФ); катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФ-карбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»:

6СО2 + 24Н+ + АТФ → С6Н12О6 + 6Н2О.

Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды.

Значение фотосинтеза

Благодаря фотосинтезу, ежегодно из атмосферы поглощаются миллиарды тонн углекислого газа, выделяются миллиарды тонн кислорода; фотосинтез является основным источником образования органических веществ. Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от коротковолновой ультрафиолетовой радиации.

При фотосинтезе зеленый лист использует лишь около 1% падающей на него солнечной энергии, продуктивность составляет около 1 г органического вещества на 1 м2 поверхности в час.

Хемосинтез

Синтез органических соединений из углекислого газа и воды, осуществляемый не за счет энергии света, а за счет энергии окисления неорганических веществ, называется хемосинтезом. К хемосинтезирующим организмам относятся некоторые виды бактерий.

Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты (NH3 → HNO2 → HNO3).

Железобактерии превращают закисное железо в окисное (Fe2+ → Fe3+).

Серобактерии окисляют сероводород до серы или серной кислоты (H2S + ½O2 → S + H2O, H2S + 2O2 → H2SO4).

В результате реакций окисления неорганических веществ выделяется энергия, которая запасается бактериями в форме макроэргических связей АТФ. АТФ используется для синтеза органических веществ, который проходит аналогично реакциям темновой фазы фотосинтеза.

Хемосинтезирующие бактерии способствуют накоплению в почве минеральных веществ, улучшают плодородие почвы, способствуют очистке сточных вод и др.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65877. СУЩНОСТЬ И ТИПЫ ГОСУДАРСТВА 142.5 KB
  Известно, что политическая или — что одно и то же — государственная власть не единственный вид общественной власти. Власть присуща любой организованной, более или менее устойчивой и целенаправленной общности людей. Она характерна как для классового...
65879. АНТИСЕПТИКА 185.5 KB
  Нельзя не отметить условности этого разделения: дренирование ран принято относить к физической антисептике, но оно приводит к механическому удалению из раны субстрата размножения бактерий; при воздействии низкочастотного ультразвука - метода физической антисептики...
65880. Культура Галицько-Волинського князівства у контексті загальноєвропейського культурного розвитку (XІІ – ХІІІ ст.) 280 KB
  Розвиток книжної справи за часів Галицько-Волинської держави. Значення культурних зв’язків Галицько-Волинського князівства з іншими руськими землями та західними державами. Врешті-решт Київ і Київська земля стали об'єктом колективного суверенітету з боку найсильніших князів Русі...
65881. Маркетинговая среда и информация. Международные маркетинговые исследования 35.12 KB
  Маркетинговая среда состоит из сфер в которых фирма должна искать для себя новые возможности и следить за возникновением потенциальных угроз. Нерегулярный экспорт это пассивный уровень вовлечения когда фирма время от времени экспортирует свои излишки и продает...
65882. Вбудовані функції 49.5 KB
  Перед тим, як продовжити засвоєння механізмів роботи з класами, дамо невелике, але важливе пояснення. Воно не належить конкретно до об'єктно-орієнтованого програмування, але є дуже корисним засобом мови програмування C++, яке достатньо часто використовують у визначеннях класів.
65883. Загальні принципи побудови обчислювальних мереж: еволюція обчислювальних систем; структурна організація комп’ютерної мережі; основні апаратні та програмні компоненти мереж 139 KB
  Мета: Вивчити еволюцію обчислювальних систем: системи пакетної обробки багато термінальні системиперші глобальні та локальні мережі поява стандартних технологій побудови мереж сучасні тенденції; Структурну організацію комп’ютерної мережі: масштаби середовища та режими передачі даних...