Фотосинтез и метаболизм углеводов

В зависимости от объекта исследования биохимию условно подразделяют на биохимию человека и животных, биохимию растений и биохимию микроорганизмов. Несмотря на биохимическое единство всего живого, существуют и коренные различия как химического состава, так и обмена веществ в животных и растительных организмах. Обмен веществ, или метаболизм,—это совокупность всех химических реакций, протекающих в организме и направленных на сохранение и самовоспроизведение живых систем. Известно, что растения строят сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) из таких простых, как вода, углекислый газ и минеральные вещества, причем энергия, необходимая для этой синтетической деятельности, образуется за счет поглощения солнечных лучей в процессе фотосинтеза. Животные организмы, напротив, нуждаются в пище, состоящей не только из воды и минеральных компонентов, но содержащей сложные вещества органической природы белки, жиры, углеводы. У животных проявления жизнедеятельности и синтез веществ, входящих в состав тела, обеспечиваются за счет химической энергии, освобождающейся при распаде (окислении) сложных органических соединений. [c.15]

Запасные полисахариды присутствуют в растениях в коллоидном состоянии или в водонерастворимой форме, благодаря чему они могут накапливаться в растительных клетках в большом количестве, не влияя на осмотическое давление. Крахмал — наиболее важный и накапливающийся в наибольшем количестве запасный полисахарид в мире растений. У всех растений — от низших водорослей до некоторых высших растений, главным образом двудольных,— углеводы, образовавшиеся в процессе фотосинтеза в хлоропластах, немедленно превращаются в крахмал (фото 46). Такой крахмал называют ассимиляционным. Согласно Смиту [160], у подсолнечника в крахмал превращается почти весь ассимилированный углерод. Однако ассимиляционный крахмал представляет собой довольно лабильную, переходную форму он либо довольно быстро используется в процессах метаболизма, либо превращается в ряде органов, например в семенах, плодах, стеблях, листовых влагалищах и корнях, в запасный крахмал. Эти общие метаболические особенности присущи так называемому крахмалистому листу. Напротив, в сахаристом листе злаков (однодольные растения) крахмал почти не обнаруживается. Сахара здесь представлены главным образом сахарозой и различными моносахаридами они транспортируются в другие части растения и превращаются в запасный крахмал в специальных органах. Например, энергичный синтез крахмала обычно имеет место в листовых влагалищах и в семенах злаков, начиная от периода цветения и кончая периодом созревания зерна. В ряде работ показано, что образование крахмала в зерне ячменя, риса и ржи в стадии налива специфически связано с ассимиляционной активностью верхних листьев и колоса, но не с ассимиляционной активностью расположенных ниже листьев [8, 144]. [c.140]

Исследование процессов метаболизма также началось на рубеже XIX в. На основе открытого М. В. Ломоносовым закона сохранения материи и накопившихся к концу XVIII в. экспериментальных данных французский ученый А. Лавуазье количественно исследовал и объяснил сущность дыхания, отметив роль кислорода в этом процессе. Работы Лавуазье стимулировали исследования по энергетике метаболизма и уже в начале XIX в. были определены количества теплоты при сгорании 1 г жиров, белков и углеводов. Примерно в это же время работами Дж. Пристли и Я. Ингенхуза был открыт процесс фотосинтеза. Из живых объектов К. Шееле вьщелил рад органических кислот, Д. Руэлль — мочевину, Ф. Конради — холестерин. [c.5]

Способность восстанавливать углеродные соединения с помощью солнечной энергии позволила появившемуся живому организму усваивать двуокись углерода, возможно в виде иона карбоната или бикарбоната, из окружающего первичного океана и использовать эту двуокись углерода в качестве источника атомов углерода для образования молекул сахаров и других питательных молекул. Эта реакция составляет сущность процесса фотосинтеза. В зеленых растениях при фотосинтезе происходит восстановление двуокиси углерода до альдегида (углевода), при котором вода служит первичным источником атомов водорода, а в атмосферу выделяется высвобождаемый при таком восстановлении кислород. Так же как и при анаэробном метаболизме (см. разд. Первичный метаболизм ), каждая реакция, входящая в процесс фотосинтеза, требует участия строго специфического фермента. [c.39]

Прежде чем приступить к изучению метаболизма клеток, следует рассмотреть углеводы, поскольку их можно считать основой существования большинства организмов. В таких углеводах, как сахара и крахмал, заключено основное количество калорий, получаемых с пищей человеком, почти всеми животными и многими бактериями. Центральное место углеводы занимают и в метаболизме зеленых растений и других фотосинтезирующих организмов, утилизирующих солнечную энергию для синтеза углеводов из СО2 и Н2О. Образующиеся в результате фотосинтеза огромные количества крахмала и других углеводов играют роль главных источников энергии и углерода для неспособных к фотосинтезу клеток животных, растений и микроорганизмов. [c.302]

Таким образом, фотосинтез влияет на минеральное питание растений не только косвенно как поставщик соединений, необходимых для роста корня, его метаболизма, но и непосредственно — в форме корневых выделений. Кроме того, еще в работах Д. Н. Прянишникова было показано, что интенсивность поглощения аммония в качестве источника азота непосредственно определяется обеспеченностью корней углеводами. [c.269]

Во второй том вошли материалы по биоэнергетике и метаболизму клетки. Рассмотрены роль глюкозы в биоэнергетических процессах, цикл лимонной кислоты, электронный транспорт, окислительное фосфорилирование, регуляция образования АТФ, окисление жирных кислот в тканях животных, окислительный распад аминокислот, биосинтез углеводов, липидов, нуклеотидов, аминокислот, а также фотосинтез. [c.372]

Фотосинтез и метаболизм углеводов [c.257]

Трофргческие факторы цветения, или факторы питания, несомненно, играют важную роль в процессах цветения растений. Это относится в первую очередь к продуктам фотосинтеза и корневого питания, а именно к углеводам и азотсодержащим соединениям. Вместе с тем мы уя е убедились, что решающая роль в инициации цветения принадлежит специфическим гормональным соединениям. Если иметь в виду, что гормоны цветения являются вторичными продуктами обмена веществ и их синтез в значительной мере зависит от общей нанравлепностн метаболизма, то совершенпо хгеобходимым представляется анализ тех закономерных связей, в которых проявляется влияние трофических факторов на цветение растений. [c.98]

Реакции р -карбоксилирования, приводящие к образованию новых ди- и трикарбоновых органических кислот, играют большую роль в процессе фотосинтеза, в метаболизме углеводов, белков, жиров, в образовании органических кислот у суккулентов и т.д. [c.238]

Роль трофических (питательных) веществ в регуляции репродуктивного развития растепий была выдвинута Г. Клебсом, которьш развил представление о решающем значении в цветении растений. углеводов, образующихся в результате фотосинтеза в листе, и азотсодержащих соединений, поглощаемых корнями. Идея Клебса о значении фотосинтеза и соотношения углеводов и азотных соединений ( /N) оказалась плодотворной, так как выяснилось, что фотопериодизм теспо связан с фотосинтезом, а соотношение /N применимо для характеристики общей направленности метаболизма преобладания углеводов для длиннодиевных видов и преобладания азотных соединений для короткодневных видов. Стало возможным обобщить те результаты исследований, истоками которых были гипотеза Сакса и теория Клебса, и ут- [c.451]

I непосредственным источником энергии для клеточных реакций. Углеводы образуются растениями в процессе фотосинтеза диоксида углерода и воды. Животные организмы не способны Я нтезировать углеводы и получают их из растительных источ- (ИКов. В самом общем виде фотосинтез может быть представлен сак процесс восстановления диоксида углерода с использованием ролнечной энергии. Эта энергия освобождается в животных. Организмах в результате метаболизма углеводов, заключающего- ся с химической точки зрения в их окислении. [c.377]

Катаболизм углеводов. Как уже отмечалось при описании круговорота углерода, углеводы-главный продукт фотосинтеза у растений. В то же время для большинства микроорганизмов они служат основными питательными веществами. Поэтому в дальнейшем при рассмотрении питательных веществ-субстратов клеточного метаболизма-мы будем в первую очередь говорить о глюкозе. Что касается других природных веществ, используемых микроорганизмами в качестве субстратов то о них речь пойдет позже в связи с другими явлениями (гл. 14). Макромолекулы, как правило, сначала расщепляются вне клетки выделяемы- [c.215]

В течение нескольких последних десятилетий химики и биохимики поделили сферы интересов в области молекулярных аспектов биологии. Сферой биохимиков стала динамика живой клетки, ее отдельные функции и их контроль. Интересы химиков-органиков сфокусировались на изучении аккумулирующихся в клетках метаболитов первичных метаболитов (углеводов, белков, нуклеиновых кислот, липидов, стероидов) и множестве вторичных метаболитов (алкалоидов, терпенов, фенолов, хннонов и разнообразных микробных антибиотиков). Это разделение сфер интересов не должно заслонять общие цели. Поэтому, хотя в последующих главах и в тексте всей книги основное внимание при обсуждении биосинтеза уделяется темам, представляющим особый интерес для химиков, мы считаем необходимым рассматривать результаты исследований прежде всего исходя из наших знаний о промежуточном метаболизме и двух фундаментальных биосинтетических процессах — фотосинтеза и фиксации азота, являющихся исходным пунктом и основой для последующего анализа путей биосинтеза. [c.396]

Мы остановились на рассмотрении обмена веществ пурпурных бактерий в. темноте потому, что параллелизм дыхания и фотосинтеза дает дополнительный аргумент в пользу частичной прямой ассимиляции восстановителя. Если подобная ассимиляция обнаруживается в темновом метаболизме, она, вероятно, происходит и на свету. Таким образом, в дополнение к прямой ассимиляции перевосстановленных промежуточных соединений, которое предлагается для объяснения отклонений от уравнений (5.12) и (5.13), можно считать, что часть углеводов, образуемых нри фотоассиыиляции жирных кислот, может получиться за счет непосредственной гетеротрофной ассимиляции, а не фотосинтеза. Ван Ниль [46] рассматривает в случае ассимиляции ацетона три возможные реакции (5.16), (5.17) и (5.18), к которым для полноты можно добавить еще две реакции (5.18) и (5.19) [c.116]

Помимо фотосинтеза в протопластах осуществляется много других биосинтетических процессов, имеющих важное значение для растительной клетки. Например, все жирные кислоты в клетке образуются с помощью ферментов, находящихся в строме хлоропластов, и при этом используются имеющиеся в строме АТР, КАВРН и углеводы. Кроме того, в хлоропластах происходит восстановление нитрита (N0 ) до аммиака (NHз) за счет энергии электронов, активированных светом в растениях этот аммиак служит источником азота при синтезе аминокислот и нуклеотидов. Таким образом, значение хлоропластов для метаболизма клетки далеко не ограничивается их уникальной ролью в фотосинтезе именно этим и объясняется то, что они обычно занимают значительную часть внутриклеточного пространства (рис. 9-40). [c.47]

Диссипационные потерн обычно сводятся к потерям п ри дыхании и фотодыхании. В этом случае тол<се молено дать лишь самую приближенную оценку, согласно которой около 40% углерода, ассимилированного при фотосинтезе, теряется в ходе метаболизма, а не накапливается в виде запасных продуктов или новых тканей. Итак, Эффективность фотосинтеза составляет около 5%, т. е. примерно 5% общей энергии падающего света выделяется в виде тепла при сжигании в калориметре растения, поглотившего свет. Это согласуется с большим числом экспериментальных данных, указывающих на величину 4— 6%. К сходной величине можно прийти и другим путем. Например, для Реп-niseturn typhoides, выращиваемого в Катарине (Восточная Австралия) и получающего в сутки 5100 ккал-м энергии, приводится величина 54 г-м -сут . Если принять среднюю калорийность растительного материала равной 4,25 ккал-г (что превышает калорийность углеводов 3,7 ккал-г ), можно рассчитать эффективность использования энергии [c.45]

Растения, выращенные на синем и красном свету, существенно различаются по составу продуктов фотосинтеза. По данным Н. П. Воскресенской (1965), при выравнивании синего и красного света по квантам, т. е. при одинаковых для фотохимической стадии фотосинтеза условиях освещения, синий свет уже через несколько секунд экспозиции активирует включение С в неуглеводные продукты — амино- и органические кислоты, главным образом в аланин, аспартат, малат, цитрат, и в более поздние сроки (через минуты) — во фракцию белков, а красный свет при коротких экспозициях — во фракцию растворимых углеводов и при минутных экспозициях — в крахмал. Таким образом, на синем свету по сравнению с красным светом в листьях дополнительно образуются неуглеводные продукты. Эти различия в метаболизме углерода при действии света разного качества обнаружены у целых растений с Сз- и С4-ПУТЯМИ ассимиляции СО2, у зеленых и красных водорослей они сохраняются при различных концентрациях СО2 и неодинаковой интенсивности света. Но у изолированных хлоропластов различий в образовании крахмала на синем и красном свету не обнаружено. Полагают, что фоторецептором, с деятельностью которого связаны изменения в метабо- [c.110]

Наличие кислорода сделало возможным возникновение бактерий, способных синтезировать АТР за счет аэробного метаболизма, эти бактерии могли использовать большое количество энергаи, высвобождаемое при полном расщеплении углеводов и других восстановленных органических молекул до СОз и НзО. В результате модификации некоторых компонентов существовавших ранее электронтранспортных комплексов образовалась цитохромоксидаза, благодаря 4eivy электроны, извлекаемые из органических и неорганических субстратов, могли передаваться на О2 как конечный акцептор электронов. Многие из современных пурпурных фотосинтезирующих бактерий способны переключать метаболизм с фотосинтеза на дыхание и обратно в зависимости от того, какой источник энергии более доступен - свет или кислород, такое переключение связано у них с поразительно малыми изменениями в электронтранспортной цепи. [c.482]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология