Расщепление воды при фотосинтез

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. Совокупность биохимических реакций, лежащих в основе жизнедеятельности организмов. Биологический обмен веществ представляет собой процессы превращения веществ внешней среды в вещества живого организма и обратные превращения веществ организма в вещества внешней среды. С другой стороны, это процессы, происходящие внутри организма, в отдельных частях, органах и тканях, и, наконец, процессы превращения веществ в клетке и в отдельных клеточных структурах. Без непрерывного взаимодействия организма с внешней средой, без обмена веществ не может быть жизни. Обмен веществ неразрывно связан с обменом энергии. Важнейшую сторону обмена веществ составляют биохимические процессы, и выяснение химизма отдельных звеньев обмена веществ является одним из путей познания жизни. Благодаря крупным успехам биохимии к настоящему времени в основном раскрыт химизм таких кардинальных звеньев обмена веществ, как дыхание и брожение, фотосинтез, обмен азотистых соединений, жиров, углеводов и органических кислот и многие другие процессы. Выяснено также влияние многих внешних и внутренних факторов на интенсивность и направленность отдельных звеньев обмена веществ, что позволяет путем изменения внешних условий изменять обмен веществ микроорганизмов, растений и животных в желаемом для человека направлении. Процессы обмена веществ делятся на две группы — катаболизм и анаболизм. Катаболизм — это процессы, при которых происходит распад, расщепление сложных органических соединений до белее простых (например, распад белков до аминокислот, крахмала до глюкозы, сахаров до углекислоты и воды т. д.). Анаболизм — это синтетические процессы, при которых образуются более сложные соединения из более простых. При катаболизме происходит выделение энергии, а при анаболизме ее поглощение. Всякое усиление синтетических процессов в организме неизбежно сопровождается усилением процессов распада веществ. [c.204]

Известно, что в ходе фотосинтеза растения используют воду и СО, для произ..,)дства углеводов и выделения кислорода. Процесс осуществляется в фотосинтезирующих структурах — хлоропластах, которые в свою очередь состоят из более мелких субклеточных структур — ламелл, В ламеллах при поглощении двух квантов света молекулами хлорофилла протекает реакция расщепления воды и СОг [c.342]

В фотосинтезе высших растений и водорослей (рис. 10.1) энергия света поглощается и используется для расщепления молекул воды. Этот простой процесс (световая реакция) приводит к выделению кислорода и к образованию восстановительных эквивалентов, которые затем используются в последовательности темновых реакций для фиксации двуокиси углерода в доступной форме углеводов. Углеводы могут утилизироваться как энергетические запасы или как источник углерода для синтеза всех других молекул, в которых нуждается растение. В ходе фотосинтеза происходит образование АТР по сопряженному механизму фотофосфорилирования. [c.327]

Марганец входит в состав ферментов оксидаз. Исследованиями установлено, что он является наиболее существенным фактором в дыхательной системе растений. При нитратном азоте марганец действует как восстановитель, а при аммиачном — как сильный окислитель. Но в обоих случаях при наличии марганца интенсивность окислительно-восстановительных процессов, и синтез органических веществ в растении значительно возрастают. В процессе фотосинтеза марганец играет специфическую роль в гидрировании кислорода в перекись водорода. Считают, что в реакции фотохимического расщепления воды, в которой выделяется водород (НгО- Н + ОН), марганец играет активную роль соединяясь с гидроксилом, он препятствует образованию воды, [c.302]

Процесс фотосинтеза в земных растениях заключается в расщеплении воды на атомный водород и молекулярный кислород с последующим восстановлением диоксида углерода [c.570]

Стереохимическая специфичность действия ферментов проявляется не только в реакциях гидролитического расщепления, но и в любых реакциях. При искусственном синтезе простейших углеводов, аминокислот и некоторых других веществ образуется смесь изомеров (рацематов), тогда как при ферментативных синтезах всегда образуется только один из оптических изомеров вешества. Растения и животные из -кислот и аммиака синтезируют аминокислоты -ряда. При фотосинтезе из углекислого газа и воды образуется >-глюкоза и т. д. [c.132]

Таким образом, растения при фотосинтезе запасают энергию и связывают углерод в виде D-фруктозо-б-фосфата, из которого затем синтезируют сахарозу и крахмал. Сахароза хорошо растворяется в воде и транспортируется в различные части растения, крахмал используется в качестве резервного полисахарида. Сахароза и крахмал легко гидролизуются, образующиеся при этом D-глюкоза и D-фруктоза служат исходньпки материалами для биосинтеза других моно-, олиго- и полисахаридов. D-Глюкоза и D-фруктоза подвергаются также расщеплению и окислению с выделением необходимой для жизнедеятельности растения энергии и образованием промежуточных соединений для последующего биосинтеза (ацетилкофермент А, D-эpитpoзo-4-фo фaт, фосфоенолпировиноградная кислота, рибозо-5-фосфат). На основе этих веществ растения синтезируют многочисленные представители различных классов соединений (лигнины, липиды, таннины, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, терпены, пигменты, алкалоиды, фитогормоны и т.д.). Растительная биомасса является обширным возобновляемым сырьевым источником для производства различных органических материалов и соединений. [c.341]

Это уравнение показывает, что нри фотосинтезе происходит фотолити-ческое расщепление воды, причем образующийся из воды водород восстанавливает углекислый газ. В свое время К. Тимирязевым и А. Бахом было высказано мнение о том, что в основе фотосинтеза лежит цепь окислительно-восстановительных реакций. Известно, что водород в момент выделения восстанавливает хлорофилл. Восстановленный хлорофилл слабо окрашен. При воздействии на него кислородсЛ он окисляется и превращается в обычный хлорофилл зеленого цвета. В хлоропластах обнаружены окислительновосстановительные ферменты, участвующие в процессе фотосинтеза. Экспериментальные данные показывают, что восстановление углекислого газа при фотосинтезе является весьма сложным процессом, причем восстанавливается не свободный углекислый газ, а предварительно связанный с какими-то веществами, имеющимися в хлоропластах. [c.230]

Первоначальный источник водорода, присоединяемого к НАДФ, у разны.х фотосинтезирующих организмов различен. Во всех случаях молекула-донор расщепляется на водород и окисленный остаток. Водород восстанавливает НАДФ, а окисленный ко.мпоиент обычно высвобождается в окружающую среду. У прокариотов, способных к фотосинтезу ( бактериальный фотосинтез), донорами водорода могут быть разные молекулы, но это никогда не бывает вода. Только в фотосинтезе зеленых растений для получения водорода используется расщепление воды. Отход этой реакции — молекулярный кислород — выделяется в окружающую среду. В биологической эволюции ни один случай загрязнения среды не имел столь далеко идущих последствий благодаря своему высокому сродству к электронам кислород явился незаменимым субстратом для совершенно новой формы обмена веществ — дыхания. Дыхательный обмен привел к высокому уровню. метаболической эффективности, чго в свою очередь открыло путь для эволюции организмов с неизмеримо более высоким уровнем интенсивиости физиологических процессов. [c.40]

Если сравнить это уравнение с уравнением окислительного расщепления глюкозы, то можно заметить, что данный процесс — он получил название огосынгез — является обратным по отношению к окислению. Фотосинтез очень сложен и протекает при участии зеленого красителя из листьев растений — хлорофилла— и ряда биокатализаторов (ферментов, см. ниже). Хлорофилл, поглощая свет, вызывает расщепление воды на водород и кислород по уравнению [c.169]

Это наиболее точное выражение процесса фотосинтеза, которое, кроме того, наглядно показывает, что вода не только используется при фотосинтезе, но и является одним из его продуктов. Данный эксперимент позволил заглянуть глубоко внутрь природы фотосинтеза, показав, что фотосинтез протекает в две стадии, первая из которых состоит в образовании водорода в результате расщепления воды на водород и кислород. Для этого требуется энергия, которую дает свет (поэтому процесс называют фотолизом photos — свет lysis — расщепление). Кислород высвобождается как побочный продукт. На второй стадии водород взаимодействует с диоксидом углерода, образуя сахар. Присоединение водорода — это пример химической реакции восстановления (приложение 1). [c.264]

Открытие реакции Хилла послужило поворотным пунктом по нескольким причинам. 1) Она показала, что вьщеление кислорода может происходить без восстановления диоксида углерода, доказывая тем самым, что световые и темновые реакции и реакции расщепления воды разобщены. 2) Она показала, что хлоропласты могут осуществлять светозависимое восстановление акцепторов электронов. 3) Она предоставила биохимические данные о том, что световые реакции фотосинтеза полностью сосредоточены в хлоропластах. [c.342]

В 1941 г., используя метод меченых атомов (НгО ), советские ученые А. П. Виноградов и Р. В. Тейс показали, что источником кислорода, выделяющегося при фотосинтезе, является не углекислый газ, а вода. Тем не менее внутренний механизм разложения воды до сих пор окончательно не выяснен. Очевидно только то, что с водой должен реагировать сильный окислитель с л +0,81 В. Как уже отмечалось, наиболее распространена точка зрения, что расщепление воды осуществляется в пределах фотосистемы II. При этом с водой взаимодействует не сам хлорофилл, а некий окислитель (Е) неизвестной природы. По мнению Киаффа и Арнона, в окисление воды в пределах фотосистемы II вовлекается высокопотенциальный цитохром 6559. Однако экспериментального подтверждения это предположение еще не получило. [c.85]

Характерно, что водоокисляющие комплексы хлоропластов очень чувствительны к экстремальным факторам внешней среды. К потере способности окислять воду приводят нагревание хлоропластов до высоких температур, их обработка ингибиторами ферментов, мочевиной, детергентами, облучение УФ-светом. Все это указывает на белковую природу систем, ответственных за расщепление воды при фотосинтезе. [c.87]

Поскольку при образовании углеродсодержащих продуктов фотосинтеза главным процессом по всей видимости, служит включение СО2 через цикл Кальвина (гл. 11, разд. Г,2), источником восстанавливающих эквивалентов должен быть процесс расщепления, шести молекул Воды с одновременным выделением Од. В противном, случае уравнение (13-25) не будет выполнено. Тем не менее ймеютсц данные, что непосредственным источником кислорода при образовании О2 являются ионы бикарбоната [114]. Более поздние эксперименты показывают, что 0 из бикарбоната не включается в Од, но бикарбонат все же стимулирует выделение кислорода [115], действуя, по всей вероятности, как аллостерический эффектор. [c.51]

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]

Теперь мы обратимся к процессу, который служит в конечном счете источником почти всей биологической энергии, т.е. к процессу улавливания солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и превращению ее в энергию биомассы. Фотосинтезирующие и гетеротрофные организмы сосуществуют в биосфере в сбалансированном стационарном состоянии (рис. 23-1). Фотосинтезирующие растения улавливают солнечную энергию и запасают ее в форме АТР и NADPH, которые служат им источником энергии для синтеза углеводов и других органических компонентов клетки из двуокиси углерода и воды при этом они вьщеляют в атмосферу кислород. Аэробные гетеротрофы используют этот кислород ДЛЯ расщепления богатых энергией органических продуктов фотосинтеза до СО2 и Н2О, чтобы генерировать таким путем АТР для своих собственных нужд. Двуокись углерода, образующаяся при дыхании гетеротрофов, возвращается в атмосферу и вновь используется фотосинтезирующими организмами. Солнечная энергия, таким образом, создает движущую силу для круговорота, в процессе которого атмосферная двуокись углерода и атмосферный кислород непрерывно циркулируют, проходя через биосферу (рис. 23-1). [c.683]

Первая стадия окисления этих гексоз до диоксида углерода и воды — расщепление на трехуглеродные фрагменты с помощью процесса, известного под названием гликолиз (рис. 15.4). Глюкоза или фруктоза превращаются во фруктозо-1,6-дифос-фат, который расщепляется с образованием двух взаимопре-вращающихся трехуглеродных фрагментов диоксиацетонфос-фата и глицеральдегид-З-фосфата. Стадия расщепления — это ретроальдольная реакция (т. е. реакция, обратная альдольной конденсации, гл. 8), а стадии образования из глюкозы двух трехуглеродных единиц точно обратны некоторым стадиям темновой реакции в фотосинтезе (разд. 13.2). Оба трехуглеродных фрагмента превращаются в 2 моля пировиноградной кислоты путем последовательных реакций, во время которых 4 моля АДФ дают АТФ, а 2 моля НАД+ —НАДН. Учитывая, что 2 моля АТФ тратятся на фосфорилирование гексоз, получаем, что суммарный расход на весь процесс гликолиза составляет 2 моля АТФ и 2 моля НАДН. [c.311]

Роль марганца в обмене веществ у растений сходна с функциями магния и железа. Марганец активирует многочисленные ферменты, особенно при фосфорилйрованни. Благодаря способности переносить электроны путем изменения валентности он участвует в различных окисли-тельно-восстановительных реакциях. В световой реакции фотосинтеза он участвует в расщеплении молекулы воды. [c.25]

Оказалось, что кислород, выделяемый растениями, образуется в результате расщепления поглощенной воды, а не углекислого газа. Таким образом, те схемы процесса фотосинтеза, которые считались уже установленными, оказались неправильными. Благодаря работам, проведенным с мечеными атомами, ученые сильно приблизилис]. к выяснению сущности процесса фотосинтеза. [c.233]

Обширный класс химических соединений с гербицидными свойствами составляют производные мочевины. Они почти всегда применяются в качестве почвенных гербицидов системного действия. Биохимический механизм их действия на растения основан на ингибировании фотосинтеза, который определяют in vitro по так называемой реакции Хилла. Эта реакция происходит в присутствии изолированных хлоропластов в водной среде, причем вода под влиянием блокёров фотосинтеза подвергается фотолитическому расщеплению с образованием кислорода и водорода. Посредством подходящих акцепторов, например липоновой кислоты, водород переносится на пиридиновый кофермент и используется для гидрирования углекислого газа. Измеряют происходящее на свету превращение углекислого газа и образование кислорода. В качестве другого механизма действия производных мочевины следует назвать угнетение восстановления цитохрома. [c.237]

Стереохимическая специфичность действия ферментов проявляется не только в реакциях расщепления, но и в реакциях синтеза. Ферментативные синтезы всегда приводят к образованию определенных стереоизоме-ров, а не смесей разных изомеров (рацематов). Примеров подобного действия ферментов можно привести очень много. Из углекислого газа и воды (при фотосинтезе) образуется О-глюкоза. Та же глюкоза синтезируется из молочной кислоты в организме животных. В растениях синтезируются [c.172]

Хлоропласты обладают своей собственной системой синтеза белка, сильно отличающейся от соответствующей системы клеточной цитоплазмы. В них также содержатся пигменты, ферменты и другие белки, необходимые для синтеза углеводов из углекислого газа и воды при участии солнечного света (фотосинтеза). Некоторые из генетических функций, необходимых для фотосинтеза и синтеза белков хлоропластами, закодированы в ДНК хлоропластов, другие-в ядерной ДНК. Механизмы фотосинтеза и другие функции хлоропластов активно исследуются посредством генетического анализа мутаций, затрагивающих эти функции. Некоторые из этих мутаций при скрещиваниях обнаруживают менделевское расщепление и, следовательно, относятся к генам ядерной ДНК. Для других характерно неменделевское наследование следовательно, соответствующие гены локализованы в хлоронластах. [c.152]

Возникающий при расщеплении малата в хлоропластах клеток обкладки пируват перемещается назад в хлоропласты клеток мезофилла (рис. 3.14), где может снова превращаться в первичный акцептор СО2 — ФЕП. Такая компартментация процессов позволяет растениям с Сд-путем осуществлять фотосинтез даже при закрытых устьицах, так как хлоропласты клеток обкладки используют малат (аспартат), образовавшийся ранее, как донор СОг. С4-растения могут также использовать СО2, возникающий при фотодыхании (см. дальше). Закрывание устьичных отверстий в наиболее жаркое время дня сокращает потери воды за счет испарения (транспирации). Не удивительно поэтому, что к С4-растениям относятся [c.95]

Примерно ДО начала 1930-х годов многие исследователи в этой области полагали, что первичная реакция фотосинтеза заключается в расщеплении двуокиси углерода под действием овета на углерод и кислород с последующим восстановлением углерода до углеводов с участием воды в ходе нескольких последовательных реакций. Эта точка зрения изменилась в 1930-х годах в результате двух важных открытий. Во-первых, были обнаружены разновидности бактерий, способных ассимилировать СО2 и синтезировать углеводы, не ичпользуя для этого энергию света. Затем голландский микробиолог ван Нил (van Niel) сравнил процессы фотосинтеза у растений и бактерий и показал, что некоторые бактерии могут ассимилировать СО2 на свету, не выделяя при этом О2. Такие бактерии способны к фотосинтезу лишь при наличии подходящего субстрата — донора водорода. Ван Нил считал, что фотосинтез можно описать общим уравнением [c.30]

Чтобы превратить СО2 в СН2О, согласно уравнению (1.1), необходимо удалить Ы2 из Н2О, а для этого нужно, разорвать Связь Н—О. Для разрыва химических связей всегда необходима энергия, а при их образовании энергия всегда высвобождается В ходе фотосинтеза энергия света используется для осуществ ления фотолиза (расщепления под действием света) воды вы [c.9]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология