Неорганические реакции как источник энергии

Общая характеристика фотосинтеза. Фотосинтез — это совокупность процессов, в ходе которых солнечная энергия запасается в виде химических связей органических соединений, синтезируемых из неорганических веществ. Он состоит из двух фаз световой (фото-физический и фотохимический этапы) и темновой. В ходе световой фазы происходит поглощение солнечной энергии хлорофиллом и передача ее в реакционный центр, где в результате химических реакций, включающих транспорт электронов между различными переносчиками и сопряженного с ним фосфорилирования, образуются восстановительные и энергетические эквиваленты (НАДФН и АТФ). Для протекания световой фазы требуются световая энергия, сборщики световой энергии и вода (или другой источник водорода). Темновая фаза фотосинтеза — это фиксация и восстановление СО2 с образованием углеводов и других конечных продуктов [c.193]

Рассмотрим механизм первичного биосинтеза простых углеводов у автотрофных организмов. В простейшем случае у хемосинтезирующих бактерий источником энергии, которая трансформируется в стабильную энергию химических связей между атомами углерода, служат реакции окисления неорганических соединений, проходящие с вьщелением того или иного количества энергии (табл. 24). [c.358]

Биосинтез начинается с фотосинтеза [1]. Вся жизнь на Земле зависит от способности некоторых организмов (зеленых растений, водорослей и фотосинтезирующих бактерий), содержащих характерные фотосинтезирующие пигменты, использовать энергию солнечной радиации для синтеза органических молекул из неорганических веществ — диоксида углерода, азота и серы. Продукты фотосинтеза служат затем не только исходными веществами, но и источником химической энергии для всех последующих биосинтетических реакций. Обычно принято описывать фотосинтез только как процесс образования углеводов в некоторых случаях основными продуктами фотосинтеза, действительно, являются исключительно крахмал, целлюлоза и сахароза, однако в других организмах на синтез углеводов идет, быть может, всего лишь третья часть углерода, связываемого и восстанавливаемого в процессе фотосинтеза. При ближайшем рассмотрении оказывается, что нельзя провести четкую границу между образованием продуктов фотосинтеза и другими биосинтетическими реакциями в клетке, в которых могут участвовать промежуточные вещества фотосинтетического цикла восстановления углерода. [c.396]

Организмы первой группы (первый трофический уровень) - продуценты (produ ens - создающий, производящий), или автотрофные организмы (autos - сам, trophe - пища). К ним относятся зеленые растения, водоросли и бактерии, для которых характерен фототрофный тип питания, т.е. в качестве источника энергии используется солнечная энергия, а в качестве источника углерода - неорганические соединения СО2 и карбонаты. Кроме фотоавтотрофов в продуценты входят микроорганизмы, относящиеся по типу питания к хемоавтотрофам. Эти микроорганизмы в качестве источника углерода используют неорганические соединения углерода, а в качестве источника энергии - энергию таких окислительно-восстановительных реакций, как окисление аммиака до нитритов и нитратов (нитрифицирующие бактерии), окисление соединений серы (сероокисляющие бактерии), [c.19]

Число органических субстратов, используемых в качестве источника углерода и энергии в процессе восстановления сульфата, достаточно велико сахара, спирты, органические кислоты (в том числе жирные кислоты, содержащие до 18 углеродных атомов), аминокислоты, некоторые ароматические соединения. Основным неорганическим источником энергии служит Н3. Некоторые виды могут окислять СО в процессе сульфатредукции, осуществляя следующие реакции [c.389]

Как видно из этого уравнения, восстановительная сила расходуется для замены карбоксильной группы ФГК на альдегидную группу триозофосфата. АТР требуется в качестве источника дополнительной энергии, необходимой для заверщения этой реакции. Однако отщепляемый при этом от АТР неорганический фосфат (Pi) не включается в триозофосфат. Оба фермента, участвующие в двух этапах реакции, обнаружены в выделенных хлоропластах. [c.91]

Применение. Из щелочных металлов наибольшее применение находит натрий. Основными областями его применения является производство металлов и сплавов, например калия, циркония, тантала, сплавов со свин- цом и ртутью. Натрий используется для получения неорганических и органических соединений, например N3202, Na N, NaH. Он служит восстановителем органических соединений, катализатором некоторых реакций, наполнителем газоразрядных натриевых ламп. Натрий в сплаве с калием является теплоносителем (переносчиком теплоты) в ядерных источниках энергии. [c.244]

Большой интерес представляет фотофосфорилирование неорганического фосфата в пирофосфат PPi , осуществляемое хроматофорами из R. rubrum. Имеются данные, что образовавшийся таким образом РР далее йовлекается в целый ряд различных энергозависимых реакций, идущих в хроматофорах [110]. Одним из примеров такого рода служит образование NADH в результате обращения потока электронов. Сразу Же возникает вопрос как согласовать эти данные с положением о том, что всегда немедленно гидролизуется (гл. 11, разд. Б, 2) Не исключено, что His только в бактериях, но и в других организмах PPi иногда используется как дополнительный источник энергии. [c.50]

Анаболизм, называемый также биосинтезом,-это та фаза метаболизма, в которой из малых молекул-предшественников, или строительных блоков , синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клеток. Поскольку биосинтез-это процесс, в результате которого увеличиваются размеры молекул и усложняется их структура, он требует затраты свободной энергии. Источником этой энергии служит распад АТР до ADP и неорганического фосфата. Для биосинтеза некоторых клеточных компонентов требуются также богатые энергией водородные атомы, донором которых является NADPH (рис. 13-5). Катаболические и анаболические реакции протекают в клетках одновременно, однако их скорости регулируются независимо. [c.380]

Пищевые потребности автотрофных (от греч. auto, сам, + tro-phe, питание) бактерий ограничены для их роста достаточно внесения в среду неорганических соединений, содержащих азот, и другие минеральные элементы. Автотрофные бактерии в качестве источника углерода утилизируют двуокись углерода или карбонаты. Такие бактерии способны синтезировать все необходимые соединения из простых веществ. К ним относятся фото- и хемотрофные (хемосинтезирующие) бактерии, использующие соответственно в качестве источника энергии электромагнитное излучение (свет), либо энергию окислительно-восстановительных реакций с участием субстратов, которые служат для них источником питания. [c.445]

Эксперименты по изучению синтеза ДНК in vitro также показывают, что каждый организм производит строго специфическую ДНК. Смесь четырех типов нуклеотид-5 -трифосфатов ДНК в присутствии фермента ДНК-полимеразы, ионов магния и ДНК-затравки может полимеризоваться с образованием ДНК- ДНК-затравка может быть получена из самых различных источников. Состав синтезируемой ДНК, даже при варьировании относительных концентраций нуклеотидов, будет соответствовать составу ДНК-затравки. Роль магния полностью не выяснена, но очевидно, что он выступает в качестве своего рода неорганического кофермента, поскольку фермент в его отсутствие неактивен. Трифосфатная группировка в нуклеотидах необходима в качестве источника энергии, требующейся для осуществления реакции при разрыве трифосфатной группировки и образовании пирофосфата освобождается около 12 ккал/моль. [c.139]

На первый взгляд кажется неожиданным, что многие реакции, служащие для получения энергии живыми системами, являются неорганическими. Конечно, эти реакции следует считать промежуточными, необходимыми для образования биохимических комплексов. Неорганические источники энергии связаны с фотосинтезом лищь косвенно, поскольку они используют свободный кислород, имеющий фотохимическое происхождение. [c.570]

Не все тиобациллы пригодны для выщелачивания сульфидных минералов одни — из-за неспособности расти при низких значениях pH, необходимых для усиления окисления минералов, другие — из-за неспособности использовать серу, первоначально находящуюся в виде твердых сульфидных минералов. Однако некоторые виды тиобацилл, не способные непосредственно участвовать в окислении серы, могут участвовать в выщелачивании минералов, используя побочные продукты этих реакций, как органические, так и неорганические. Органические соединения служат для них источником углерода, а продукты реакции, такие как элементарная сера и растворимые соединения серы,— источником энергии. [c.210]

Для промышленности ферменты привлекательны по двум основным причинам. Во-первых, благодаря своему разнообразию ферменты потенциально способны катализировать множество промышленно важных химических реакций. Во-вторых, они гораздо более эффективны и специфичны, чем обычно используемые неорганические катализаторы. При нормальных температурах и давлении в их присутствии осушествляются реакции, которые обычно требуют очень высоких температур и давления. Например, в одном из самых крупных в мире промышленных производств, основанном на методе Хабера (Haber), аммиак (NH3) получают из газообразных азота и водорода при температуре 500 °С и высоком давлении. Азотфиксируюшие бактерии способны синтезировать аммиак из атмосферного азота и водорода при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении с помошью ферментов, используя АТФ в качестве источника энергии. Если бы удалось разработать технологию получения аммония с помошью ферментов, можно было бы сберечь очень много энергии. Еше одним преимуществом ферментов является их специфичность, которая позволяет получать очень чистые продукты, что особенно важно для фармакологической, пищевой и сельскохозяйственной промышленности. [c.86]

Фотоавтотрофные организмы в качестве источника энергии для синтеза органических соединений из неорганических материалов используют солнечное излучение. Источником углерода для этих организмов служит диоксид углерода. Хемогетеротрофные организмы для синтеза собственных органических веществ используют углерод, содержащийся в уже синтезированных автотрофами ор-ганичесюк соединениях. Источником энергии в данном случае служат химические реакции. [c.340]

Перенос вешеств из области с меньшей концентрацией в область с большей концентрацией против градиента называется активным транспортом. Такой процесс не может идти самопроизвольно и требует энергетических затрат. Источником энергии является экзоэргоническая реакция гидролиза био-неорганического соединения — аденозиитрифосфата (АТФ). [c.65]

Мысль о том, что древняя атмосфера была не похожа на современную, а содержала намного меньше кислорода, по-видимому, получила впечатляющее подтверждение в 1953 году от Стенли Миллера, студента Гарольда Урея (Harold Urey), который пропускал электрический заряд через смесь СН4, NH3, Нг и НгО, помещенную в закрытую систему Система состояла из фляги воды, которую кипятили для того, чтобы ускорить циркуляцию газов, и которая служила для поглощения любых летучих, растворимых в воде продуктов реакции и их защиты от разделения электрической искрой. Через неделю (или около этого) разряд прекращался Оказывалось, что вода содержит ряд мелких органических соединении, включая значительное количество двух простых аминокислот, глицина и аланина, найденных во всех белках С тех пор проводилось много подобных экспериментов с использованием различных смесей г азов и множества источников энергии и условии эксперимента, включая пропуск газов через нагретые неорганические поверхности Их результаты слишком сложны, чтобы кратко их здесь описать, за исключением одного поразительного факта. Если смесь газов включает значитель [c.63]

Водородными бактериями обычно называют группу аэробных бактерий, которые характеризуются способностью расти на субстрате, содержащем неорганические вещества, и использовать реакцию окисления водорода как источник энергии для роста, т. е. обладающую хемолитотрофным типом питания. [c.8]

Справочник У. Д. Верятина и др. Термодинамические свойства неорганических веществ под редакцией А. П. Зефирова содержит для большого числа веществ значения теплот образования (АЯ , 293), энтропии (Згэз), параметров фазовых переходов, коэффициентов уравнений, выражающих температурную зависимость теплоемкости, давления насыщенного пара и изменения энергии Гиббса при реакциях образования (АСг . г), а также термодинамические свойства металлических сплавов. Данные приведены из разных источников. Наряду с этим приводятся характеристики кристаллической структуры веществ. Все величины, зависящие от единиц измерения энергии, выражены параллельно через джоули и термохимические калории. [c.76]

АТФ (рис. 5) образуется из АДФ и неорганического фосфата системами фотосинтетического, дыхательного и субстратного фосфо-рилирования. Некоторое количество АТФ расходуется мембранными АТФазами для совершения осмотической или электрической работы при транспорте ионов в гору , т. е. в сторону большей их концентрации. Остальное используется в качестве источника энергии при многочисленных эндэргонических процессах, протекающих вне мембран. Таковы прежде всего АТФ-зависимые биосинтезы и связанные с ними реакции, сократительные АТФазные системы и т. д. [c.20]

Бпокозо-6-фосфат подвергается в организме разнообразным превращениям. Некоторая доля егр распадается в конечном счете до СОг и НгО. При этом многократно повторяются реакции окисления (дегидрогенизации) как самого глюкозо-6-фосфата, так и продуктов его дальнейшего распада. Сопряженно с передачей атомов водорода, снятых с глюкозо-6-фосфата и возникших из него субстратов, на кислород (с образованием молекул воды) осуществляется синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата, т. е. запасается, аккумулируется энергия в составе макроэргических связей молекул АТФ. Кроме того, некоторое количество молекул АТФ синтезируется здесь же иным путем. Следовательно, распад глюкозо-6-фосфата служит энергетическим целям является источником энергии для организма. [c.340]

Круговорот фосфора в гидросфере в значительной мере аналогичен круговороту азота, так как в нем исключительно важную роль играют микробиологические процессы. Неорганический фосфат первоначально преобразуется в биоте в форму аденозинтри-фосфата (АТФ, средний фосфат аденозина) и аденозиндифосфата (АДФ, вторичный кислый фосфат аденозина), которые обычно рассматриваются как источники энергии, получаемой в процессе этих преобразований и удовлетворяющей энергетические нужды всех биохимических процессов в организме. Например, протеин хотя и не содержит фосфора, не может быть получен в отсутствие фосфора. Действительно, если фосфорилирование сахарозы затруднено или прекращено, то требуемая сахароза может быть получена из диоксида углерода с помощью фотосинтеза. Однако ее последующие реакции будут строго ограничены. Общая схема поглощения и переработки фосфора в реакциях с использованием сахарозы будет иметь вид [c.324]

Рнеорг" неорганический фосфат). Первая реакция сама по себе не является самопроизвольной, так как она требует затраты свободной энергии в 226 кДж на моль глюкозы, однако необходимая свободная энергия поставляется второй реакцией, и в целом процесс является самопроизвольным с движущей силой 322 кДж. Темповые реакции небезразличны к источнику молекул НАДФ Н и АТФ, которые требуются для их протекания. Хотя в настоящее время их источником в зеленых растениях являются световые реакции, не исключено, что темповые реакции старше по возрасту и первоначально приводились в действие молекулами НАДФ Н и АТФ из других источников. Механизм темновых реакций известен под названием цикла Кальвина-Бенсона и в некотором смысле аналогичен циклу лимонной кислоты. Сначала диоксид углерода соединяется с молекулой-перенос-чиком, рибулозодифосфатом. После ряда стадий (некоторые из них вы- [c.335]

Трифторид азота и дифторид кислорода могут оказаться в ближайшем будуш ем очень важными лабораторными реагентами. Оба фторида будут, по-видимому, дешевыми. Реакции этих двух газообразных фторидов в отличие от других фторидов этой группы часто обладают относительно высокими энергиями активации. Например, при умеренных температурах гидролиз этих двух фторидов протекает медленно, несмотря на то, что эта реакция термодинамически очень вероятна. Высокие энергии активации этих реакций сильно упрощ ают их проведение по сравнению с реакциями, проводимыми с фтором и фторидами галогенов. Следует отметить, что смесь любого из этих фторидов с органическими веществами или с неорганическими восстановителями обладает высокой потенциальной энергией реакции. Так, несмотря на высокие энергии активации многих реакций с ОРг или МРз, указанные смеси следует рассматривать как взрывоопасные. Дифторид кислорода является потенциальным источником радикалов Р- и ОР таким образом, он может оказаться полезным реагентом для получения новых соединений, содержащих группу ОР. Например, при облучении смеси ОРа и 80з с хорошим выходом образуется РЗОаООР [27]. Однако большое число других попыток доказать, что ОРа может служить источником ОР, оказались безуспешными. [c.313]

Фотосинтез — важнейшая составляющая часть Жизни растений. В отличие от животных, которые используют уже готовые источники пополнения биологических запасов органических веществ, растения создают их сами, используя простые неорганические соединения (СО2, Н О), соединения металлов и солнечную энергию. Из молекул СО2 строятся углеродные цепи углеводов и всех необходимых для жизни органических веществ. Источником водорода для всех этих соединений является вода. Создание молекул органи 1еских соединений из СО2 и Н2О, наиболее стабильных продуктов их полного окисления, совершается в сложнейшем биологическом аппарате зеленого листа растений, называемом аппаратом фотосинтеза, и происходит по простой суммарной схеме реакции фотосинтеза [c.735]

Перейдем к молекулярному рассмотрению. Как уже сказано, источником свободной энергии для активного транспорта служит АТФ. АТФ усиливает активный транспорт, будучи введена внутрь клетки, но ие влияет ка него, находясь во внешней среде. Цз клеточных мембран удалось выделить К, Na-активируемую АТФ-азу. Этот фермент расщепляет АТФ только в присутствии ионов К" " и Na" . Действие АТФ в мембране непосредственно связано с активным транспортом — глюкозид оубаин ингибирует АТФ-азу при той же концентрации, при которой он прекращает работу натриевого насоса. Гидролиз АТФ in vitro с помощью этой АТФ-азы происходит в две стадии. Вначале выделяется АДФ, а неорганический фосфат остается связанным с ферментом. Эта стадия активируется ионами Na"". Второй этап требует ионов К"" и состоит в отщеплении фосфата от фермента. Сходная, но уже пространственная асимметрия свойственна насосу — на внутренней поверхности мембраны его активность зависит от Na, на внешней — от При расщеплении АТФ на мембранах наблюдается переход меченого фосфата из АТФ в фосфопротеи-ды мембраны. Кинетика действия АТФ-азы in vitro характеризуется S-образной зависимостью скорости реакции от концентраций Na"", К+ и АТФ. Гидролиз одной молекулы АТФ в мембране сопровождается выходом из клетки двух-трех ионов Na"". [c.348]

Донором ацетильных групп могут служить ацетат-ионы, как уже отмечалось выше, причем образование ацетилкофермента А из этих иопов нуждается в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты. Однако важнейшим источником ацетилкофермента А в живых организмах является пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе. Она превращается в ацетилкофермент А в результате сложной реакции, в которой участвует также кодегидраза I, кокарбоксилаза и соответствующие ферменты (специфические белки). Важно то, что связь между ацетилом и остатком кофермента А является высокоэргической связью ( 8200 кал моль). При переносе ацетильной группы от ацетилкофермента А акцептору ацетильной группы эта энергия не теряется, так как реакция сочетается с образованием молекулы АТФ из АДФ и неорганического фосфата, как было указано в другом месте. [c.785]

В настоящее время идея непосредственного преобразования химической энергии в электрическую нашла воплощение в ЭХГ. В этом случае компоненты химической реакции не закладываются в элемент заранее, как в акку.му-лятор, а подводятся непрерывно извне по мере их расходования в реакции. В ЭХГ происходит лишь непосредственный процесс преобразования химической энергии в электрическую. Преобразование энергии в таких генераторах, как и в тепломашинном цикле, идет непрерывно механизм же преобразования аналогичен происходящему в химических источниках тока. Но в отличие от последних топливом и окислителем для ЭХГ служат в основном жидкие и газообразные вещества. В качестве топлива в ЭХГ в настоящее время широко применяют многие органические и неорганические восстановители углеводороды, окись углерода, генераторный и водяной газ, водород и т. д. В качестве окислителей применяют обычно чистый кислород и воздух. [c.151]

Кроме того, были проведены работы по облучению неорганических соединений. Иногда оказывалось, что после облучения степень окисления атомов радиоактивного продукта отличалась от степени окисления неактивных облучаемых атомов. Энергии столкновения и отдачи ядра должны быть достаточно большими для отрыва электронов от атома, и можно ожидать, что атом перейдет в состояние с наиболее устойчивой конфигурацией. Хорошим примером отделения продуктов облучения от материала мишени, основанного на изменении степени окисления, является отделение активного теллура. Теллур в форме НоТеОб можно облучить либо нейтронами, либо гамма-лучами, причем атомы активного теллура, получающиеся по (у, п)- или (я,у)-реакциям, как оказалось, имеют степень окисления ( + 1У). Так для теллур со степенью окисления (4-IV) легче восстановить, чем теллур со степенью окисления (-ЬУ1), то, использовав 50г для избирательного восстановления теллура с более низкой степенью окисления до свободного состояния, можно провести разделение. Этот метод был использован и для нескольких других элементов он может быть, по-видимому, применен в любом случае, когда атом элемента в менее устойчивом окисленном состоянии не обменивается слишком быстро с атомом того же элемента в более устойчивом окисленном состоянии. Очень важным применением этих реакций обогащения является получение радиоактивных источников. Как известно, вид бета-спектра зависит от толщины источника. Это объясняется энергетическими потерями бета-лучей во время их прохождения сквозь массу образца. Действительно, бета-лучи с низкой энергией могут быть полностью поглощены в толстом источнике. По этой причине используют источники с ничтожно малой толщиной. Они постоянны в отно- [c.401]

Все приведенные выше уравнения, за исключением уравнений (15.15) — (15.19), взяты из обзора Келли [1], посвященного термодинамическим свойствам сернистых неорганических соединений. Данные, примененные для вывода уравнений (15.15) — (15.19), также взяты из этого источника. Эти уравнения применены для вычисления свободных энергий образования различных соединений и констант равновесия интересзгющих нас реакций при 527, 677 и 827° С (табл. 55). [c.279]

Типы питания микроорганизмов. По типам питания (трофии) все живые существа разделяют на несколько групп в зависимости от природы источников углерода и энергии, а также донора электронов (табл. 4). Организмы, использующие в качестве источника углерода в конструктивном метаболизме углекислоту, называют автотрофами, а использующие готовые органические вещества — гетеротрофами. Если для энергетического метаболизма источником служит свет, то организм называют фототрофом. Хемотрофия характеризуется использованием энергии химических реакций. При этом органотрофы в качестве донора электронов применяют органическое вещество, а литотрофы — неорганическое. [c.74]

Эти организмы чаще называют хемосинтезирующими бактериями. В качестве источника углерода они используют СО2 (диоксид углерода), но энергию получают в результате химических реакций. Высвобождение необходимой энергии происходит при окислении таких неорганических веществ, как аммиак и нитриты. Некоторые хемоавтотрофные бактерии играют важную роль в круговороте азота, участвуя в процессе, называемом нитрификацией. Процесс нитрификации протекает в две стадии. На первом этапе аммиак окисляется до нитрита, что сопровождается выделением энергии. Этот этап осуществляется такими, например, бактериями, как ШТго-5отопаз. 1а втором этапе образовавщийся нитрит окисляется до нитрата с высвобождением [c.31]

В та-бл. 11.1 -приведены величины стандартных изменений свободной энергии в некоторых реакциях, имеющих фундаментальное значение -в биоэнергетических процессах, которые протекают у фотосинтеаирующих бактерий, особенно у литотрофов. (СН2О) означает адесь клеточные компоненты с содержанием свободной энергии, равным одной шестой этой величины у глюкозы. Уравнение (11.1) показывает термодинамическое расстояние между прямьш восстановителем НАД(Ф)-Н и клеточным компонентом. В качестве напоминания в таблицу включено умноженное а 2 уравнение (10.3) в обращенном виде (11.2). Уравнения (11.3) — (11.5) показывают изменения свободной энергии с наиболее обычными неорганическими источниками электронов. Уравнение (11.6)—восстановление ОО2 органическим донором электронов сукцинатом с окислением последнего до -фумарата — дано как пример того, что происходит у фотоорганотрофов. Надо помнить, что в табл. 11.1 приведены стандартные величины при давлении газов, равным 1 атм, и рН=7. [c.117]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология