Фотосинтез механизм

Окисление органических веществ. В результате поглощения СО2 и дальнейших его преобразований в ходе фотосинтеза образуется молекула углевода, которая служит углеродным скелетом для построения всех органических соединений в клетке. Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но энергия, аккумулированная в конечных продуктах фотосинтеза — углеводах, жирах, белках,— недоступна для непосредственного использования ее в химических реакциях. Перевод этой потенциальной энергии в активную форму осуществляется в процессе дыхания. Дыхание включает механизмы активации атомоп водорода органического субстрата, освобождения и мобилизации энергии в виде АТФ и генерации различных углеродных скелетов. В процессе дыхания углевод, жиры и белки в реакциях биологического окисления и постепенной перестройки органического скелета отдают спои атомы водорода с образованием восстановленных форм. Последние при окислении в дыхательной цепи освобождают энергию, которая аккумулируется в активной форме в сопряженных реакциях синтеза АТФ. Таким образом, фотосинтез и дыхание — это разли ные, но тесно связанные стороны общего энергообмена. [c.609]

Механизм процессов фотосинтеза может быть представлен следующей схемой [c.608]

Как известно, из всей солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли, энергия, усваиваемая в процессе фотосинтеза всей растительностью земного шара, составляет в среднем только 0,3%. Культурные растения используют солнечную энергию полнее, чем дикие. Используемая ими доля солнечной энергии составляет примерно 0,5—1,5%, а для таких культур, как рис, соевые бобы, сахарная свекла, сахарный тростник, кукуруза и некоторых других, 4— 5% от общего количества солнечной энергии, попадающей на посевы за вегетационный период. Есть основание считать, что полное раскрытие наукой механизма процесса фотосинтеза и овладение управлением им даст возможность повысить коэффициент использования солнечной энергии растениями в два-три раза и более. [c.8]

Накопленная ночью двуокись углерода днем включается в состав органических веществ в процессе фотосинтеза. Механизм фотосинтеза у них, по-видимому, осуществляется по такой схеме [c.201]

Окончательный успех в деле превращения одних элементов в другие был достигнут физиками, а не химиками тигель алхимика уступил дорогу ядерному реактору. Сначала ученые обратили внимание на огромную энергию, высвобождаемую при ядерных реакциях. Тот факт, что уран превращается при этом в барий и другие легкие элементы, первое время не вызывал столь большого интереса. Но химики быстро осознали, что радиоактивные изотопы обычных элементов представляют собой огромную ценность. Радиоактивный атом может играть роль своеобразной метки, его достаточно ввести в какое-то вещество, принимающее участие в реакции, чтобы при последующем наблюдении за ним раскрыть сложную последовательность всех ее стадий. Например, благодаря исследованиям при помощи меченного радиоактивным изотопом углерода удалось разобраться в механизме реакций фотосинтеза, и трудно представить себе, как бы это оказалось возможным сделать обычными методами. Радиоактивные и устойчивые изотопы позволяют решать химические проблемы, недоступные другим методам. Радиоактивные изотопы дают также возможность точной датировки событий далекого прошлого, представляющих исторический или геологический интерес. С их помощью установлен сравнительный возраст Земли и Луны, что привело к ниспровержению некоторых прежних теорий относительно происхождения Луны. [c.405]

Вспомним теперь материал гл. 11, где говорилось, что в цикле Кальвина для превращения СОг в сахар необходимы как NADPH, так и АТР. Насколько нам известно, стехиометрия реакции определяется урав-лением (11-16). Помимо двух молекул NADPH, требуемых для восстановления одной молекулы СОг, нужны еще три молекулы АТР. Уместно спросить, откуда же они берутся. Z-схема дает на это простой ответ. Падение потенциала в цепи переноса электронов, соединяющей верхний конец фотосистемы II с нижним концом фотосистемы I, вполне достаточно для синтеза АТР в результате переноса электронов. По всей вероятности, на каждую пару электронов, проходящих по этой цепи переносчиков, синтезируется только одна молекула АТР. Поскольку, согласно стехиометрии уравнения (11-16), на каждую молекулу NADPH приходится Р/г молекулы АТР, должен существовать еще ка-кой-то механизм синтеза АТР. Кроме того, в хлоропластах, несомненно, протекает и множество других АТР-зависимых процессов, так что реальные потребности в АТР, генерируемом в ходе фотосинтеза, могут быть значительно выше. [c.39]

Фотохимические и лазерохимические процессы. Лри облучении светом реагирующих веществ происходят различные химические реакции. Кроме этого, свет может повысить скорость реакций, направляя их по механизму с меньшей энергией активации (фотоактивируе-мые реакции) или смещая равновесие реакции. В реакциях фотосинтеза световая энергия аккумулируется в виде внутренней энергии образующихся веществ. Именно фотосинтезом восполняются запасы энергии на Земле за счет лучистой энергии Солнца. [c.177]

С помощью азотных, калийных и фосфорных удобрений можно существенно изменить интенсивность передвижения транспортных продуктов фотосинтеза. Механизмы активации оттока могут быть различными. Например, калий, фосфор и азот оказывают влияние на анатомическое строение сосудисто-волокнистых пучков, увеличивают их число и размеры, диаметр ситовидных трубок, в результате чего возрастает пропускная способность проводящих тканей. [c.273]

Значительный успех на этом пути снова был достигнут благодаря процессам координационной химии. Центральную роль в механизме аэробного метаболизма, который приводит к полному сгоранию органических молекул, играют цитохромы. Так называются молекулы, в которых атом железа связан в комплекс с порфирином, образуя с ним гем (см. рис. 20-20), а гем связан с белком. Атом железа переходит из состояния окисления 4- 2 в + 3 и обратно в результате переноса электронов от одного компонента цепи к другому. Весь аэробный механизм представляет собой совокупность тесно связанных друг с другом окислительно-восстано-вительных реакций, окончательным результатом которых является процесс, обратный фотосинтезу [c.257]

Более подробное сопоставление гликолиза, дыхательной цепи и фотосинтеза, а также различных ферментов, регулирующих эти процессы, приводит к выводу, что энергетические механизмы, поддерживающие жизненные процессы, развивались на нашей планете в несколько этапов. [c.336]

Мелвин Кальвин с сотрудниками из Калифорнийского университета в Беркли установили молекулярный механизм фотосинтеза при помощи изотопных меток, используя в качестве исходного вещества С02- [c.428]

Прослеживая этапы развития физиологии растений, можно видеть, что физиологические функции, которые столетие назад только описывались, в настоящее время детально изучены на биохимическом и молекулярном уровнях роль органоидов, энергетика, ассимиляция СО2, многие участки обмена веществ, механизмы регуляции и наследственности. Близки к разрешению такие процессы, как фотохимические реакции фотосинтеза, механизмы транспорта веществ. В то же время в современной физиологии наряду с молекулярно-биохимическим подходом все более возрастает интерес к растительному организму как целостной системе со всеми ее внутренними и внешними взаимосвязями. Поэтому в предлагаемый читателю учебник включена - глава Систе.мы регуляции и интеграции у растений , которая предшествует обсуждению механизмов, лежащих в основе различных сторон функциональной активности растений. Наряду с традиционными разделами (фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание и др.) в учебник введена глава по гетеротрофному способу питания растений, так как незеленые ткани и органы, а при отсутствии света клетки всех частей растения питаются гетеротрофно. В отдельные главы выделены описания таких физиологических функций, как секреция, дальний транспорт веществ, половое и вегетативное размножение, движение. Рост и развитие растений рассматриваются на клеточном уровне (гл. 10) и на уровне целого организма (гл. 11 и 12). В этих процессах ведущую роль играет взаимодействие клеток между собой. [c.8]

Наиболее распространенным из таких соединений является диоксид углерода. Масса этого вещества в атмосфере оценивается астрономической цифрой 4-Ю" тонн В процессе выветривания и фотосинтеза ежегодно из атмосферы поглощается более 8-10 тонн СОг. Если бы не было механизма кругооборота, то за несколько тысяч лет углерод полностью исчез бы из атмосферы, оказался захороненным в горных породах. По современным оценкам, масса диоксида углерода, спрятанного в горных породах, примерно в 500 раз превышает его запасы в атмосфере. [c.29]

Фотохимия. Задача фотохимии — установление связи между поглощением световой энергии и химическими процессами. Исследование фотохимических реакций необходимо для понимания сложного механизма процессов фотосинтеза, который является непременным условием жизни растений и животных и самым крупномасштабным синтетическим процессом на Земле. [c.6]

НИЯ при 430 нм), а отражает зеленый свет. Поглощенная хлорофиллом солнечная энергия в результате сложной последовательности реакций превращается в химическую энергию. Запасенная таким образом энергия расходуется затем на смещение реакции (25.1) вправо в направлении, в котором она чрезвычайно эндотермична. Таким образом, фотосинтез растений-это природный механизм преобразования солнечной энергии, от которого зависит поддержание жизни всех биологических систем в земных условиях. Пшеничное поле в летний сезон превращает несколько процентов падающего на него солнечного излучения в растительное вещество. Подсчитано, что если бы в Соединенных Штатах приблизительно на 6% возделываемых земель были созданы оптимальные условия для роста растений, они смогли бы получить столько энергии, чтобы удовлетворить все энергетические потребности современного общества. [c.443]

Действительный механизм фотосинтеза чрезвычайно сложен, Протекает процесс только в присутствии хлорофилла, который поглощает красные, синие и в меньшей степени зеленые лучи. Активированный таким образом хлорофилл содействует образованию из диоксида углерода и воды углеводов, необходимых для роста растений, и кислорода. Хлорофилл переводит лучистую энергию в химическую, т. е. является фотосенсибилизатором. [c.291]

Липоевая кислота имеет перспективу широкого применения в лечебной практике [6, 7]. Исходя из механизма действия, ее применяют при заболеваниях печени (гепатит, цирроз). Заслуживает внимание факт нормализации холестеринового обмена при действии липоевой кислоты [8]. Замечено [7], что желтуха при остром гепатите проходит быстрее. Липоевая кислота препятствует ожирению печени. Имеются указания на ее мочегонное действие [6,7] обезвреживает яды при интоксикациях [9]. Является фактором роста цыплят [10]. Установлено, что липоевая кислота в растениях принимает участие в фотосинтезе — в превращении световой энергии в химическую [11, 12]. [c.229]

Свободные радикалы участвуют в первичных актах бактериального фотосинтеза, протекающего в мембранных структурах в настоящее время имеется довольно много данных о механизмах одноэлектронных переносов в таких системах. [c.320]

Однако суммарное уравнение фотосинтеза не дает представления о его механизме. Это сложный многоступенчатый процесс, в котором с биохимической точки зрения центральная роль принадлежит хлорофиллу — органическому веществу зеленого цвета. [c.608]

Меченые атомы помогли разрешить проблему, волновавшую исследователей в течение почти 200 лет,— проблему механизма фотосинтеза. До недавнего времени считалось, что диоксид углерода, поглощаемый растениями из воздуха, разлагается в них (при помощи солнечного света) на углерод и кислород. В дальнейшем предполагали превращение углерода в углеводы и выделение кислорода в атмосферу. Методом меченых атомов было установлено, что диоксид углерода усваивается растением целиком, а кислород (выделяемый в атмосферу) растение берет из воды. Эти данные явились одной из главных отправных точек для пересмотра старых теорий фотосинтеза и создания новых взглядов на его природу. [c.413]

Примером наиболее сложного и тонкого механизма фотосенсибилизации является фотосинтез, в результате которого из простых молекул СОг и НгО получаются сложные органические соединения. Роль сенсибилизатора в этих процессах играет хлорофил, но не в простом молекулярном виде, а в виде сложных надмолекулярных, биологических структур — хлоропластов. [c.304]

При облучении светом определенной длины волны газовой смеси водорода и паров брома образуется бромоводород. В механизм фотосинтеза НВг могут быть включены следующие элементарные (простейшие) процессы [c.237]

Оригинально и увлекательно написана большая глава об особой роли углерода в химии. Традиционному изложению основ органической химии и начал биохимии предшествует рассмотрение уникальной способности углерода к образованию бесконечного множества устойчивых структур вместе с тем показано, что даже ближайшие к углероду элементы в периодической системе не обладают такими свойствами. Авторы интересно рассказывают о строенип и механизме действия ферментов. Но особенно увлекателен (хотя и не прост) материал об эволюции усвоения энергии живыми системами (от анаэробной ферментации к фотосинтезу и далее к кислородному дыханию). [c.7]

Изучение эффектов ХПЭ может дать уникальную информацию о механизме химических реакций. Особенно важно то, что эффект ХПЭ прямо отражает спин-спиновые взаимодействия неспаренных электронов (обменное и диполь-дипольное). В следующей лекции излагается применение ХПЭ для изучения строения реакционного центра и кинетики переноса электрона в реакционном центре фотосинтеза. [c.104]

Осуществляя синтез химических веществ, можно часть обычных изотопов заменить на редкие стабильные изотопы. Например, водород-1 можно заменить на водород-2, углерод-12 — на углерод-13, азот-14 — на азот-15, а кислород-16 — на кислород-18. С помощью таких жченых соединений можно изучать механизмы реакций, происходящих в живых тканях. Новатором в такого рода работе был американский биохимик Рудольф Шонхеймер (1898—1941), который, используя водород-2 и азот-15, провел важные исследования жиров и белков. После окончания второй мировой войны такие изотопы стали более доступны, что позволило провести более тщательное изучение механизмов реакций. Примером того, какую роль могут сыграть изотопы, служит работа американского биохимика Мелвина Келвина (род. в 1911 г.). В 50-х годах XX в. он применил углерод-14 для изучения механизма реакций фотосинтеза. Работу эту Келвин проделал с такой обстоятельностью, которая всего лишь двадцать лет назад считалась совершенно невозможной. [c.173]

ФОТОСИНТЕЗ — синтез растениями органических веществ (углеводов, белков, жиров) из диоксида углерода, воды, азота, ( юсфора, минеральных солей и других компонентов с помощью солнечной энергии, поглощаемой пигментом хлорофиллом. Ф.— основной процесс образования органических веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и других элементов, а также основной механизм трансформации солнечной энергии на нашей планете. В процессе Ф, растения усваивают вгод4 101 туглерода, разлагают 1,2 х X 10 т воды, выделяют 1 10 т кислорода и запасают 4-102° кал солнечной энергии в виде химической энергии продуктов Ф. Это количество энергии намного превышает годовую потребность человечества в ней. Ф.—сложный окис-лительно-восстановительный процесс, сочетающий фотохимические реакции с ферментативными. Вследствие Ф. происходит окисление воды с выделением молекулярного кислорода и восстановление диоксида углерода, что выражается [c.268]

Приводимый ниже механизм фотосинтеза оромис гого иодорода был предложен рядом авторов [486]. Этот механизм включает олодушщис алементар-ные процессы [c.170]

Сравнивая выражения (27.1) и (27.2), видим, чп) теоретическое выражение (27.2), полученное на основании механизма реакции, полностью совпадает с эмпирическим выражением (27.1). Это совпадение служит веским доводом в пользу того, что приведенный выше механиим рс акции представляет собой истинный механизм фотосинтеза бромистого водорода. Из (27.1) и (27.2), в частности, следует д = 2kiiYk ,. Так как константа k , слабо зависит от температуры, то температурный коэффициент рассматриваемой реакции должен определяться в основном зависимостью от температуры константы f j. Подставляя в выражение для температурного коэффициента его эмпирическое значение 1,48 и среднее значение температуры 2 = 462 К, находим, что энергия активации процесса (1) Еу 16,6 ккал. [c.170]

Создание и рациональное применение новых и высокоэффективных удобрений, разработка и внедрение пестицидов, улучшение физических и физико-химических свойств почвы невозможны без знания основ физической химии. Изучение почвенно-погло-щающего комплекса и гумуса почв, так необходимое для раскрытия способов повышения плодородия, прежде всего осуществляется с выявления физико-химического механизма возникновения, изменения и деградации этих систем. Глубокое исследование процессов фотосинтеза на основе знания механизма фотохимических реакций позволит в будущем повысить коэффициент использования солнечной энергии культурными растениями. [c.3]

Имея это в виду, включим в приведенный выше механизм фотосинтеза НВг также нроц( СС [c.171]

Не подлежит сомнению, что основным источником энергии в абиогенную эру было ультрафиолетовое излучение ( 150—200 нм). Его действие имеет ряд специфических особенностей. Излучение порождает радикалы, т. е. создает весьма активные частицы, способные стать исходными точками в дальнейшей цепи превращений. Однако это происходит главным образом в верхних слоях атмосферы, откуда продукты реакции попадают на поверхность Земли с дождем или просто вследствие медленного оседания. В нижних слоях атмосферы и на поверхности гидросферы и литосферы излучение становится особенно важным фактором с момента появления фотосинтетических механизмов. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, превращаясь в озон, ослабляет действие ультрафиолета и защищает возникшие предбиологнческие структуры от фотохимической деструкции. Это автоматическое регулирование действия излучения способствовало целенаправленному использованию его энергии. Радиоактивность, именно излучение изотопа калия °/С, также играло существенную роль в качестве источника энергии. По мнению М. Кальвина, среднее количество энергии, доставляемое распадом °К, 2,6 млрд. лет тому назад было в четыре раза больше, чем в настоящее время. Этот исследователь считает, что в течение года на всю поверхность Земли приходится примерно 1,2-10 Дж энергии за счет распада К и 18,9-10 Дж за счет ультрафиолетового излучения. Другие возможные источники энергии (вулканизм, разряды молний и даже удары метеоритов ), вместе взятые, доставляют не более 0,58Дж/г. [c.378]

В растениях эти пигменты связаны с белком. Механизм их действия неизвестен, однако максил[альная скорость фотосинтеза наблюдается при длине волны, соответствующей максимальному поглощению хлорофилла. [c.580]

По механизму действия различают след, группы Г. <синт. ауксины (феноксикислоты, арилкарбоновые к-ты, пиклорам и др.), действующие подобно прир. регуляторам роста растений ингибиторы фотосинтеза (соли днпиридилия, мочевины, триазины, урацилы, оксибензонитрилы) в-ва, влияющие на кислородный обмен растений (дипитрофено-лы, галогенфенолы и др.) ингибиторы митоза (карбаматы, динитроанилины). Механизм действия многих Г. не выяснен. [c.128]

Весьма примечательно, что в природе не встречается таких зеленых растений, в которых не было бы каротиноидных пигментов [116]. Правда, при исследовании фотосинтеза используются бескаротиноидные мутанты, но в естественных условиях им едва ли удалось бы выжить. Каротиноиды защищают хлорофилл от разрушительного действия вырабатываемого под действием света молекулярного кислорода. Механизм этого защитного действия пока неясен. [c.53]

Жидкий объем любого масштаба может подвергаться воздействиям гидростатической подъемной силы, возникающим однократно или многократно от многих и разнообразных видов и сочетаний физических процессов. Подъемная сила может возникнуть из-за разности плотностей в поле объемной силы, а разность плотностей образуется вследствие тепло- и массопереноса. В свою очередь тепло- и массоперенос, вызывающий появление подъемной силы, может быть обусловлен действием многих и разных механизмов. Например, даже кажущийся простым эффект возникновения подъемной силы, действующей на лист кукурузы, освещенный солнцем, оказывается достаточно сложным. Солнце нагревает лист, который для поддержания теплового равновесия (терморегулирования) может испарять водяной пар. В процессе фотосинтеза хлоропласт листа поглощает СОа из воздуха и выделяет Ог. Таким образом, в образовании результирующей подъемной силы одновременно участвуют перенос тепла и три процесса массопереноса. Эти процессы объединяются с переносом тепла излучением. Другой пример — потеря метаболической теплотымлекопитающими с поверхности их тел. Теплота тела порождает теплоперенос вблизи его поверхности. Но часто такое же по порядку величины воздействие оказывает потение. Испарения с поверхности тела увлажняют прилегающий слой воздуха. Таким образом, возникают две составляющие аэростатической силы, направленной вверх. [c.9]

И. ф. используют для изучения своб. радикалов, ионов, ион-радикалов, возбужденных синглетных и триплетных состояний молекул, эксимеров и эксиплексов, исследуются механизмы фотохимических реакций, фотосинтеза и др. фотобиол. и фотофиз. процессов. Действием световых импульсов можно не только непосредственно генерировать изучаемые частицы, но и изменять условия р-ции (т-ру или pH среды, напр, путем фотохим. продуцирования к-ты или основания) или получать реагенты, взаимодействующие с исследуемым в-вом. Методом И ф. получены важные сведения о действии ингибиторов процессов с участием радикалов, механизме фотосинтеза и зрения, фотопроцессов в активных средах лазеров и др. [c.220]

К. участвуют в фотосинтезе, транспорте кислорода через клеточные мембраны, защищают зеленые растения от действия света у животных стимулируют деятельность половых желез, у человека повылают иммунный статус, защищают от фотодерматозов, как предшественники витамина А играют важную роль в механизме зрения прнр. антиоксиданты. [c.333]

Неравновесные электронно-возбужденные состояния молекул играют решающую роль в первичных актах фотосинтеза. Кванты света поглощаются системой молекул хлорофилла, затем по экситонному механизму энергия возбуждения передается димеру хлорофилла с послед, фотохим. разделением заряда. Порождаемые внеш. воздействием (светом, хим. превращениями в среде) неравновесно возбужденные атомы, молекулы, сложные мол. комплексы обусловливают высокую избирательность биохим. р-ций, управление и самоорганизацию хим., биол. и физиол. процессов, характерных для живой природы (см. Самоорганизация в неравновесных процессах). [c.219]

Катаболич. путь утилизации АцКоА состоит в окислении содержащегося в нем остатка уксусной к-ты в цикле трикарбоновых к-т до СО2 и воды. При дефиците углеводов АцКоА для осуществления их биосинтеза образуется в результате расщепления жирных к-т или нек-рых аминокислот. Т. обр., у мн. организмов цикл трикарбоновых к-т служит общим завершающим механизмом окисления углеводов, жиров и белков. В то же время у растений в условиях фотосинтеза т.наз. обращенный цикл трикарбоновых к-т может, подобно пентозофосфатному циклу, выполнять анаболическую функцию - превращ. СО2 в органические соединения. [c.315]

В 40-50-х гг. М. Калвин, используя изотоп С, выявил механизм фиксации СО2. Д. Арнон (1954) открыл фотофос-ф( илирование (инициируемый светом синтез АТФ из АДФ и Н3РО4) и сформулировал концепцию электронного транспорта в мембранах хлоропластов. Р. Эмерсон и Ч.М. Льюис (1942-43) обнаружили резкое снижение эффективности фотосинтеза при Х>700 нм (красное падение, или первый эффект Эмерсона), а в 1957 Эмерсон наблюдал неадцитивное [c.179]