Вопрос 80. Ассимиляция и фотосинтез. Преобразование энергии при фотосинтезе
1. Ассимиляция
2. Фотосинтез
3. Световая фаза фотосинтеза
1. Ассимиляция — это превращение чужеродных веществ в компоненты собственного организма. Ассимиляция бывает'.
• автотрофная — синтез органических веществ из неорганических. Характерна для зеленых растений, сине-зеленых водорослей, некоторых бактерий и имеет огромное значение для всех живых существ. Это так называемая первичная продукция;
• гетеротрофная остальных организмов — сравнительно более простой процесс превращения одних органических веществ в другие.
Поскольку органические вещества представляют собой соединения углерода, то решающее значение имеет ассимиляция углерода — процесс восстановления, который ведет от максимально окисленного исходного вещества СО2 к менее окисленным продуктам, таким, как углеводы.
У зеленых растений и сине-зеленых водорослей источником необходимых для восстановления электронов служит вода, которая при отнятии электронов окисляется^ Автотрофные бактерии неспособны к окислению воды, им нужны другие доноры электронов. Большую потребность в энергии удовлетворяет фотосинтез или окисление поглощаемых веществ - хемосинтез.
2. Фотосинтез — это преобразование энергии света в химическую энергию, которое происходит в пластидах. Химическая энергия накапливается прежде всего в форме АТР [Н2] (водород, связанный с коферментом). Для облигатных автотрофов (зеленых
бактерий, пурпурных серобактерий, многих сине-зеленых водорослей) фотосинтез — единственный источник энергии, так как у них нет процессов диссимиляции, поставляющих АТР.
В зеленых клетках высших растений большие количества АТР [Н2] тоже переходят в цитоплазму. Значительная часть АТР [Н2] в (форме NAD Ч Н + Н+) попадает в митохондрии и там окисляется в цепи дыхания для дополнительного синтеза АТР.
У высших растений большая часть АТР [Н2] используется для синтеза углеводов из СО2. Таким образом, фотосинтез включает:
• преобразование энергии — световая фаза — в тилакоидах хло-ропластов;
• превращение веществ (ассимиляция углерода) — темновая фаза—в строме хлоропластов.
Восстановитель [Н2] образуется при расщеплении воды за счет энергии света (фотосинтез), при котором выделяется О2. АТР синтезируется при прохождении электронов по цепи транспорта электронов. Переносчиком водорода служит NADP (ни-котинамидаденин-динуклеотидфосфат), который по сравнению с NAD содержит на один фосфатный остаток больше. NAD Ч Н + Н+ и АТР направляются в темновой процесс, где водород и энергия используются для синтеза углеводов из СО2, а затем NADP+ и АДР снова используются в световом процессе.
Другие органические вещества (не углеводы), например жирные кислоты или аминокислоты, могут быть побочными продуктами фотосинтеза или же вторично образуются из углеводов.
На каждые 6 молей поглощенного СО2 выделяется 6 молей О2. Коэффициент ассимиляции AQ — отношение О2/СО2 — при биосинтезе углеводов равен 1. Для восстановления одной молекулы СО2 необходимо около 9 квантов света, так что на 1 моль СО2 должно приходиться 9 молей квантов. Поскольку
1 моль квантов красного света содержит 172 кДж, затрата энергии равна около 9172 кДж на 1 моль СО2, т. е. 6 х 9172 кДж = 9288 кДж на 1 моль С6Н12Об.
3. Световую фазу в расчете на 1 молекулу О2 (или 1 молекулу СО2) можно представить так: 2Н2О + световая энергия -» О2 +
2 [Н2]+ энергия АТР.
Для переноса светового потока электронов против градиента окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) используется цепь транспорта электронов. На большинстве этапов электроны перемещаются "вниз" по градиенту ОВПбез затраты энергии и без света. И только два этапа осуществляются против градиента ОВП за счет световой энергии:
• фотореакция I;
• фотореакция II.
Будучи фотохимическими реакциями, эти этапы не зависят от температуры и протекают даже при минимальных температурах. Фотохимическое действие могут оказывать только те кванты света, которые поглощаются пигментами. Тилакоиды содержат следующие пигменты, связанные с белками:
• хлорофиллы;
• каротиноиды (каротины и ксантофиллы);
• фикобилипротеиды (у красных и сине-зеленых водорослей). Свет поглощают все пигменты, но только фотосинтетически активные пигменты (хлорофилл А у растений и сине-зеленых водорослей и бактериохлорофилл у бактерий) выполняют при этом фотохимическую работу — транспорт электронов. Добавочные пигменты (хлорофилл В, каротиноиды, фикобилипротеиды) передают поглощенную энергию активным пигментам без существенных потерь.
Хлорофиллы поглощают свет в синей и красной областях спектра, каротиноиды — в синей и сине-зеленой областях. В зеленой и желтой областях свет не поглощается (исключение составляют красные и сине-зеленые водоросли) и фотосинтеза не происходит.
При поглощении светового кванта молекулы пигмента возбуждаются, т. е. на короткое время переходят в высокоэнергетическое, возбужденное состояние. При их возвращении в исходное состояние выделяется энергия, за счет которой может совершаться различная работа. Хлорофилл может иметь различные возбужденные состояния. При возвращении в исходное состояние энергия может:
• выделяться в виде флуоресценции или тепла;
• передаваться в качестве возбуждающей энергии другим молекулам;
• использоваться для фотохимической работы.
Дата добавления: 2020-06-09; просмотров: 605;