Энергия активации реакций фотосинтез

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]

Эта энергия активации эквивалентна излучению с длиной волны 230 нм или менее Такого коротковолнового излучения в солнечном свете, который достигает земной поверхности, не существует. Однако хлорофилл действует как фотосенсибилизатор, поглощая видимый свет и делая его пригодным для фотосинтеза в растениях. Но в этой реакции имеется нечто специфичное. Красный свет вызовет реакцию, но красному свету соответствует только 40 ккал/моль, а для того, чтобы вызвать реакцию, требуется более 112 ккал/моль. По-видимому, реакция протекает по стадиям. Лабораторные эксперименты с альгой (водоросль) показали, что обычно требуется около восьми фотонов на каждую использованную молекулу двуокиси углерода и каждую молекулу кислорода, вовлеченную при благоприятных условиях в фотосинтез с низкой интенсивностью света., Упражнение 18.1. Показать, что, если при фотосинтезе восемь фотонов поглощенного света с длиной волны 600 нм дают одну молекулу продукта реакции, который имеет теплоту сгорания 112 ккал/моль, эффективность превращения поглощенного света в аккумулированную химическую энергию составляет 30%. [c.557]

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]

Концентрация активных частиц при нетермической активации обычно превышает концентрацию, соответствующую распределению Максвелла—Больцмана при данной температуре. В этих условиях нет термодинамического равновесия между активными молекулами и другими частицами, составляющими реакционную смесь. Поэтому концентрации продуктов реакции, как правило, больше концентраций, отвечающих равновесию при данной температуре. В частности, вследствие постоянного подвода к реагирующим веществам энергии (например, световой) оказывается возможным осуществление реакций, для которых при обычных условиях Д( >0, т. е. не идущих самопроизвольно. Примером могут служить процессы фотосинтеза или реакция образования озона из кислорода. [c.241]

Успешное осуществление реакции (4.4) оставило бы нам в качестве последнего этапа искусственного фотосинтеза восстанов-тение двуокиси углерода молекулярным водородом — реакцию, не требующую добавочного превращения энергии. Правда, мы еще не знаем, как ее провести в обратимой реакции, не расходуя больших энергий на активацию. [c.78]

Для эндотермического образования углеводов из двуокиси углерода и воды необходимо, чтобы произошло поглош ение 112000 кал-моль энергия активации должна, по крайней мере, равняться эндотермической теплоте реакции (стр. 344). Энергия активации эквивалентна длине волны 2300 А и меньше. Излучение этого короткого ультрафиолета отсутствует в солнечном спектре, достигаюп] ем земной поверхности. Хлорофилл, однако, действует как фотосенсибилизатор, поглощая видимый свет и делая его пригодным для фотосинтеза в растениях. Эта реакция исключительно важна. Красный свет вызывает фотосинтез, однако фотонам красного света соответствует только 4000 -кал-молъ а для того чтобы вызвать химическую реакцию, требуется более 112000 кал-моль . Реакция, очевидно, протекает через ряд стадий. Лабораторные опыты с морскими водорослями показали, что для каждой используемой молекулы двуокиси углерода и для каждой молекулы кислорода, возникающей в результате фотосинтеза при подходящих условиях с малой интенсивностью света, требуется обычно около восьми квантов излучения. [c.701]

Свет может повысить СР, направляя реакцию по механизму с меньшей энергией активации (фотоактивируемые реакции) или смещая равновесие реакции, причем световая энергия аккумулируется в форме внутренней энергии образующихся веществ (реакции фотосинтеза). Чтобы свет мог стать фотохимически активным, он должен поглощаться атомами или молекулами (первичная реакция). Если энергия излучения достаточно велика, то атомы или молекулы переходят при этом в богатое энергией возбужденное состояние. Первоначально образовавшиеся путем поглощения света возбужденные частицы претерпевают последующие превращения (вторичные реакции). [c.476]

Благодаря применению радиоактивного углерода (в виде СОг) наши знания в области биохимии фотосинтеза с 1940 г. сильно расширились. Работы такого рода основываются на предположении, что и СОг ведут себя в химическом отношении так же, как обычные и СОг. Это предположение оправдано, если исходить из норм качественной химии, однако при количественном подходе оно, очевидно, не может быть строго справедливым разрыв связи между и соседним атомом требует большей энергии активации и, следовательно, менее вероятен, чем разрыв такой же связи с участием С. В последовательном ряду реакций значение этого фактора может постепенно усиливаться. Это обстоятельство отнюдь не обесценивает главные выводы, сделанные на основе опытов с изотопными индикаторами, но его всегда следует иметь в виду. Вполне можно, например, ожидать дискриминации для трития (И ), масса которого в 3 раза больше массы обычного изотопа водорода. Учет возможной дискриминации особенно важен в кинетических опытах. Измерение масс-спектрометром относительных скоростей фотосинтеза в атмосфере с СОг, СОг и СОг дало соответственно 0,85 0,96 1,00. В этих определениях, однако, исходили из допущения, что свет не влияет на выделение СО при дыхании [c.103]

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]

Необходимая свободная энергия может быть внесена самим агентом активации именно это и наблюдается при использовании света в процессе фотосинтеза и электрической энергии в некоторых электрохимических реакциях. [c.180]

Тепловые реакции происходят, когда энергия колебаний молекул и энергия столкновений достаточны для перенесения реагирующих молекул через вершину барьера активации . Это определяет постоянно одинаковый путь превращений всех молекул после их активации. С другой стороны, световая активация часто разбивает молеку.ш на свободные атомы и радикалы, подымая таким образом систему на плато высокой энергии, откуда она может спускаться вниз по различным путям, соответствующим нескольким наборам продуктов реакции. При превращениях радикалов, образующихся из воды и двуокиси углерода при абсорбции кванта, имеющего энергию около 150 ккал на 1 Эйнштейн, лишь немногие задержатся на уровне нотенциала формальдегида и потеряют возможность попасть на уровни более низких и устойчивых потенциалов. Таким образом, следы формальдегида могут образоваться при побочных реакциях, не имеющих ничего общего с чрезвычайно специфичным и целеустремленным механизмом фотосинтеза. [c.88]

Если хлорофилл обратимо изменяется во время фотосинтеза, то квантовый выход его изменения должен, по крайней мере, равняться квантовому выходу фотосинтеза, т. е. приближаться к единице при низких интенсивностях света и понижаться приблизительно до 0,1 на сильном свету. На прямом солнечном свету каждая молекула хлорофилла может поглощать свет 10 раз в течение каждой секунды и, таким образом, изменяться не менее одного раза в 1 сек. Предполагая, что до того как молекула хлорофилла восстановится обратной реакцией, она остается в видоизмененном состоянии -с секунд до.1гя видоизмененных молекул при стационарном состоянии будет т, пока х 1 сек. Если обратная реакция — нефотохимическая, то можем иметь почти любую вообразимую величину в зависимости от концентрации молекул, участвующих в обратной реакции и от ее энергии активации. Если величина т очень мала (нанример, <0,001 сек.), то вполне возможно, что молекулы хлорофилла будут химически изменяться, когда они начинают фотосинтез возвращение к первоначальному состоянию будет происходить с такой быстротой, что всего одна молекула хлорофилла на 1000 или больше окажется в измененном и, вероятно, обесцвеченном состоянии в любой момент, даже на самом интенсивном свету. Рассматривая зависимость скорости фотоокисления от концентрации, мы пришли к выводу, что время жизни долго жийущего активированного состояния хлорофилла in vivo значительно короче, чем в органических растворах. [c.558]

Фотохимические (фотокаталитически е) реакции происходят в природе и сравнительно давно используются промышленностью. Фотохимическими называют реакции, вызываемые и ускоряемые действием света их элементарный механизм состоит в активации молекул при поглощении фотонов. Большинство промышленных фотохимических реакций происходит по цепному механизму, т. е. молекулы, поглотившие фотон, диссоциируют, и активированные атомы или группы атомов служат инициаторами вторичных реакций. По такому типу протекают галогенирование углеводородов и других веществ, синтез полистирола, сульфохлорирование парафинов и т. п. Природный фотосинтез требует непрерывного подвсда световой энергии синтез углеводов из диоксида углерода воздуха совершается под действием солнечного света, поглощаемого пигментом растений хлорофиллом (аналог гемоглобина крови). При фотокаталитических реакциях фотоны поглощаются не реагентами, а катализаторами, ускоряющими химическую реакцию, т. е. реакция ускоряется в результате суммарного действия катализатора и световой энергии. [c.150]

Дхар и Рам [152] обнаружили в дождевой воде (йодным титрованием)- от 1,5 1О7З до 1 10-2% формальдегида, причем большие величины подучались после длинных периодов солнечного освещения. Они предположили, что фотохимическое образование формальдегида происходит или на уровне образования озона, или выше его (око-то 50 км над земной поверхностью), так как ни один из лучей с длиной волны < 290 M J. не может проникнуть ниже этого слоя. С точки зрения искусственного или естественного фотосинтеза, протекающего в обычных условиях, совершенно безразлично, могут или не могут образоваться следы формал ьдегида при освещении ультрафиолетовыми лучами. В оценке фотохимических реакций надо иметь в виду, что энергия, доставляемая одним квантом, особенно квантом ультрафиолетового света, значительно больше энергии активации, потребной для значительной части, если не для всех химических реакций. [c.88]

ХИМИИ был сформулирован Эйнштейном исходя из корпускулярной теории света, в основе которой лежит представление о фотоне как основной частице, переносящей один квант энерг и, равный /IV. Эйнштейн предположил, что при фотохимическом процессе каждая поглощающая молекула поглощает один фотоп (один квант). В фотохимических реакциях активированные молекулы не возвращаются в основное состояние, а за счет поглощенной энергии становятся настолько реакционноспособными, что могут перегруппировываться, диссоциировать или же реагировать с другими молекулами, если они приобретают достаточную для этого энергию активации. Возбужденные молекулы могут передавать энергию возбуждения другим молекулам, которые в свою очередь могут вступать в реакцию. Имеется много фотохимических процессов, играющих важную биологическую роль наиболее существенные из них — фотосинтез [22] и зрение [23]. Ссылки на работы в этой области можно найти в списке рекомендуемой литературы в конце главы. [c.497]

Калий способствует конверсии солнечной энергии в АТФ, участвует в переносе энергии в клетке и синтезе высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов), что способствует повышению эффективности фотосинтеза. Ускорение потока энергии происходит благодаря активации калием ферментативных реакций, которые катализируют перенос богатых эиергнеи фосфорных связей. Он непосредственно влияет па синтез, обмен аминокислот и полимеризацию более высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кнслот и нуклеотидов). Относительно высокая внутриклеточная концентрация ионов калия необходима по крайней мере для двух процессов, имеющих жи н-ненно важное значение для клетки для синтеза белка рибосомами и для гликолиза, при котором иоиы калия служат активаторами пируваткнназы (А, Ленинджер). [c.291]