Энергией обмен при фотосинтезе

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]

Окислительно-восстановительные реакции самые распространенные и играют большую роль в природе и технике. Они являются основой жизни на Земле, так как с ними связаны дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез в зеленых частях растений и нервная деятельность человека и животных. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе. С их помощью получают аммиак, щелочи, азотную, соляную и серную кислоты и многие другие ценные продукты. Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Они широко используются в мероприятиях по охране природы. [c.226]

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]

Глюкоза играет исключительно важную роль в энергетическом обмене биосферы. В процессе фотосинтеза происходит преобразование лучистой энергии солнца в химическую энергию связей образующейся молекулы глюкозы, которая затем используется всеми живыми организмами для обеспечения своей жизнедеятельности [c.19]

Окислительно-восстановительные реакции являются самыми распространенными и играют большую роль в природе и технике их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе, они лежат в основе металлургических процессов, с их помощью получают аммиак, щелочи, азотную, соляную и серную кислоты и многие другие ценные химические продукты. Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую в химических источниках тока — гальванических элементах и аккумуляторах. Не меньшую роль играют эти реакции и в биологических процессах фотосинтез, дыхание, обмен веществ — все эти процессы основаны на окислительно-восстановительных реакциях. [c.154]

Дыхание и брожение представляют процессы освобождения энергии, накопленной при фотосинтезе. Существование взаимной связи между этими двумя явлениями впервые было установлено Пастером. Им же были указаны и две характерные черты этой связи 1) дыхание может заменяться брожением, например при отсутствии кислорода воздуха 2) брожение подавляется дыханием при доступе кислорода анаэробный обмен (брожение) исчезает и заменяется окислительным обменом (дыханием). [c.389]

Возникновение в ходе эволюции фотоавтотрофных бактерий, обладающих способностью вовлекать неорганический углерод в обмен веществ за счет энергии солнца, сыграло большую роль в дальнейшем развитии жизни ка Земле. Вместе с тем, специфичность, малая распространенность и относительно низкая химическая устойчивость соединений, используемых этими организмами в качестве доноров водорода, ограничивали роль бактериального фотосинтеза в экономике органической жизни на Земле. Необходимо также учитывать, что для восстановления СОг пурпурные и зеленые бактерии нуждаются в богатых энергией донорах электронов, вследствие чего эти организмы лишь в малой степени способствуют накоплению свободной энергии в живом мире. Таковы причины, по которым бактериальный фотосинтез не мог сколько-нибудь существенно сказаться и на общих условиях, на общем характере жизни на Земле, поскольку остатки соединений водорода, используемых в ходе этой функции, принадлежат к веществам, биологически мало активным и мало ценным. [c.101]

Биологические мембраны представляют собой плоские структуры шириной порядка 75 А, которые состоят из молекул белков и липидов, удерживаемых вместе нековалентными связями. Мембраны служат барьерами проницаемости с высокой степенью избирательности. Они отграничивают замкнутые пространства (компартменты) в виде целых клеток или субклеточных органелл. Встроенные в мембраны насосы и каналы регулируют молекулярный и ионный состав этих компартментов. Мембраны регулируют также обмен информацией между клетками. В частности, на некоторых мембранах находятся рецепторы гормонов, например рецепторы инсулина. Кроме того, мембраны непосредственно участвуют в таких процессах превращения энергии, как фотосинтез и окислительное фосфорилирование. [c.222]

Ф. играет важную роль в обмене в-в и энергии в клетках животных, растений и микроорганизмов. Донорами фосфорильной группы служат АТФ и др. нуклеозидтрифосфа-ты. Ф. аденозиндифосфа.та фосфорной к-той — осн. процесс синтеза АТФ, к-рый осуществляется в результате окисления низкомол. орг. соединений в анаэробных условиях (гликолитич. Ф.), аэробных условиях окислительное фосфорилирование) или в результате фотосинтеза (фото-фосфорилирование). Э. Е. Нифантъев. [c.629]

Органические кислоты образуются в ходе двух биологических процессов дыхания —основной функции всего живого и фотосинтеза. Органические кислоты играют большую роль в обмене веществ и энергии в растениях. Большинство из них образуется как промежуточные продукты окислительного распада углеводов. Превращение ди- и трикарбоновых кислот в этом цикле сопровождается переходом потенциальной энергии в кинетическую в форме макроэргических связей АТФ, а также синтезом белков и жиров, [c.375]

Каротиноиды широко распространены в растениях, особенно в листьях и плодах [316] они играют важную роль в обмене веществ в эпителиальных и других растительных клетках. Возможно, что каротиноиды выполняют роль светофильтра в механизме поглощения поверхностью листа лучистой энергии определенной длины волны, необходимой для фотосинтеза органического вещества, и защищают хлорофил от фотоокисления [413, 414]. [c.214]

Физическая сторона фотосинтеза получила развитие в работах Роберта Майера. В 1845 г., три года спустя после его первого сообщения о законе сохранения энергии , Майер [16] в брошюре Органическое движение в отношении к обмену веществ остановился на следствиях этого закона для жизненных процессов на Земле. Согласно выводам Майера, цитированное выше уравне- [c.32]

В окружающем нас мире все явления теснейшим образом взаимосвязаны. Самым характерным и существенным примером такой связи является постоянный обмен веществ и энергии между живым существом и окружающей средой. Развитие жизни и постоянное ее возобновление были бы невозможны, если бы на Земле не протекал непрерывный процесс образования органических веществ из неорганических. В основе этого процесса лежит фотосинтез, происходящий в зеленых растениях. [c.9]

РГсходя из общего представления о природе химических, в частности обменных, реакций, мы можем высказать предположение о вероятном характере световой стадии фотосинтеза. Дыхание растений — процесс, обратный фотосинтезу, — включает реакции двух типов при первых разрываются углеродные цепочки больших органических молекул, при вторых происходит отщепление атомов водорода от углерода и перенос их с помощью ферментов на кислород с образованием воды. В процессе фотосинтеза должны иметь место те же два типа реакций, но только реакции должны идти в обратном направлении — перенос водорода от воды к углекислоте и образование углеродных цепочек. Перенос водорода при дыхании сопровождается выделением энергии, и, следовательно, при фотосинтезе он должен сопровождаться ее накоплением. Накапливаемая энергия — это преобразованная энергия света. Значит, световая реакция фотосинтеза — это, по всей вероятности, перенос водорода от кислорода к углероду против градиента химического потенциала , т. е. от более устойчивой формы к менее устойчивой. Если позаимствовать сравнение из механики, то можно сказать, что при дыхании атомы водорода скатываются с горы, а при фотосинтезе удары квантов света (отдельных атомов света), поглощаемых хлорофиллом, подталкивают их наверх [c.44]

В заключение обсуждения материалов, характеризующих участие железа как в составе цитохромных компонентов, так и каталитически активных соединений иной природы в дыхательном метаболизме, фотосинтезе, процессах, связанных с запасанием и использованием энергии растительной клеткой, необходимо отметить исключительно важную роль элемента в общем обмене организмов. Очевидно, в этой связи следует рассматривать и роль железа в разнообразных биосинтезах. [c.205]

В рамках общего О.в. изучение энергетич. обмена у фототрофов состоит в определении энергетич. параметров фотосинтеза, у хемотрофов - в исследовании баланса между энергией, вьщеляемой при расщеплении субстратов О.в., и энергией, расходуемой на биосинтез конечных продуктов О.в., ва совершение мех. работы, а также рассеиваемой в виде тепла. В общем энергетич. обмене животных выделяют осн. об мен-миним. кол-во энергии, необходимое для поддержания жизни организма в состоянии покоя. У взрослого человека он составляет 1600-1700 ккал/сут (6700-7100 кДж/сут). Кол-во тепла, выделяемое теплокровными животными при осн. обмене, пропорционально пов-сти их тела (правило Рубнера). Более точно теплопродукция (в ккал/сут) организма животных выражается ф-лой У = = 70 (М-масса тела в кг). Данные об общем энер- [c.316]

Дыхание — обязательное условие жизни. Оно обеспечивает обмен веществ и энергии, лежащий основе жизнедеятельности любого организма. Это процесс окисления продуктов фотосинтеза, при котором потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Происходит диссимиляция — расщепление органических веществ с использованием заключенной в ни.х энергии. При дыхании органические вещества превращаются в промежуточные продукты неполного окисления и конечные неорганические продукты (СО2 и Н2О), содержащие мало энергии. [c.234]

Определяющую роль в природном круговороте углерода играют наземные растения и фитопланктон. Они являются авто-трофами, т. е. самопитающимися организмами, использующими энергию Солнца и фотосинтез для получения всех биологически важных веществ из неорганических СО2 и НСО3. Растения и фитопланктон ассимилируют СО2 атмосферы и НСО3 гидросферы, превращая их в биомассу. Годовой обмен уг- [c.358]

Фотосинтетическое фосфорилирование в процессе фотосинтеза представляет собой один из путей накопления энергии в клетках зеленых растений, обладающих фототрофным типом энергетического обмена. Будучи первичным механизмом накопления энергии в живых системах, фотосинтез имеет более короткий путь от внешнего энергетического ресурса, которым является солнечный свет, до АТФ, чем другие типы биоэнергетики. Кроме того, реакции фототрофного типа накопления энергии четко обособлены от других обменных процессов в отличие от оргаиотрофного типа, реакции которого в значительной степени пересекаются с путями промежуточного обмена веществ [3, 7,12,16,23,25,26].Фотосинтез протекает в тилакоидах — пузырьках, расположенных внутри хлоропластов и уложенных в виде гран. Почти у всех фотосинтезирующих организмов в роли донора электронов выступает вода, кислород которой выделяется [c.426]

Часть образовавшегося фруктозо-6-фосфата участвует в реакциях, характерных для пентозного цикла, однако идущих в противоположном направлении, другая часть поступает в общий обмен углеводов. Фотосинтез в первую очередь есть процесс превращения световой энергии в химическую. Это превращение связано с образованием богатых энергией фосфорных соединений (АТФ), которые и идут в общий фонд клеточной энергии. Одновременно с этим процессом идет процесс ассимиляции углерода и накопление органических веществ с огромными запасами световой энергии. При фотосинтезе образуются не только углеводы, но и белки, жиры и ряд других веществ. Наиболее характерным органическим продуктом начальных биохимических превраше- [c.378]

АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА (АТФ). Основное соединение, в котором запасается и переносится энергия, необходимая для осуществления синтетических процессов в обмене веществ, а также для выполнения работы нивыми организмами. В состав АТФ входят остатки аденина, углевода рибозы и три остатка фосфорной кислоты. Энергия, высвобождаемая АТФ, может переноситься почти без потерь на другие соединения или использоваться для синтеза белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров, витаминов и многих других соединений. Энергия АТФ потребляется также при мышечном сокращении, в нервных клетках и при других видах работы в живых организмах. АТФ в организме образуется из адепозиндифосфорной кислоты (АДФ) и минеральной фосфорной кислоты за счет энергпп, которая выделяется при окислении различных органических веществ в живых клетках или при фотосинтезе за счет световой энергии. Во всех этих процессах энергия, как правило, не теряется, а переходит в особый вид химической энергии, заключенной в фосфатных связях АТФ. При окислении в процессе дыхания грамм-молекулы глюкозы, например, может образоваться до 30 молекул АТФ. [c.14]

Отказываясь придавать значение данным Дхара с точки зрения фотосинтеза, мы должны принять во внимание не только опасность загрязнений и вообще их неудовлетворительную экспериментальную технику, но также и общее положение (сформулированное на стр. 88), что поскольку квантовые выходы были чрезвычайно малыми (порядка 10" или Ю ), постольку возможно было случайное образование следов органических веществ в результате фотоокислепия. Это приложимо не только к прямому действию ультрафиолетового света, но даже и к сенсибилизированным реакциям, происходящим при сравнительно небольших квантах видимого света. В одном случае на миллион абсорбционных актов два фотона могут попасть на соответствующую молекулу или две возбужденные молекулы могут столкнуться и обменяться энергиями, получив достаточно энергии для образования свободного атома или радикала. Случайности такого рода могут вызвать образование небольшого количества молекул формальдегида в карбонатных растворах, подвергнутых продолжительному освещению видимым светом. Отличительной чертой естественного фотосинтеза является накопление энергии с эффективностью, далеко превосходящей все объяснимое по статистическим соображениям. Пока мы не сумеем в этом отношении подражать природе, мы не имеем права говоритъ об искусственном фотосинтезе , даже если бы удалось получать следы формальдегида продолжительным освещением растворов карбонатов. [c.94]

Вероятность передачи этого рода решающим образом зависит от резонанса между молекулами, обменивающимися энергией, т. е. от взаимного перекрытия полосы флуоресценции донора и полосы поглощения акцептора. Это явление впервые обсуждалось Кальманом и Лондоном в применении к сенсибилизированной флуоресценции в газах. Позднее аналогичные соображения в применении к растворам были развиты Ж. Перреном [8, 10], который использовал классическую электродинамику. Ф. Перрен (И, 16] впервые попытался дать явлению квантово-механическую трактовку. Он использовал этот механизм переноса энергии для объяснения так называемой концентрационной деполяризации флуоресценции в растворе (уменьшение степени поляризации при увеличении концентрации). Впоследствии некоторые другие явления флуоресценции и фотохимии были приписаны обменным процессам этого типа и более совершенное теоретическое толкование было развито в работах Вавилова и его сотрудников [65—67], а также Фёрстером [71, 73, 76] и Арнольдом и Оппенгеймером [91]. Ввиду того, что представления о резонансном переносе энергии могут сыграть важную роль в выяснении фотохимического механизма фотосинтеза (особенно при объяснении возможной роли фикобилинов и каротиноидов в этом процессе), перечисленные работы будут более подробно рассмотрены в гл. XXX и XXXII. Здесь мы упомянем лишь о возможности тушения или возбуждения флуоресценции хлорофилла путем резонансного переноса энергии возбуждения, не требующего контакта молекул. В качестве примеров можно напомнить тушение флуоресценции красителей другими красителями (стр. 188), флуоресценцию [c.167]

Вследствие тесной связи, существующей между флуоресценцией и сенсибилизацией (см. т. I, гл. ХУШ и XIX, и т. II, гл. XXIII), исследование флуоресценции хлорофилла в живых растениях может привести к значительным успехам в понимании механизма фотока-талитического действия этого пигмента в фотосинтезе. Флуоресценция является таким свойством хлорофилла, которое может наблюдаться (и уже наблюдалось) одновременно с измерениями фотосинтетической активности. Измеряя выход флуоресценции, можно получить представление об обмене энергии и процессах рассеяния энергии в фотосинтезирующих клетках, без нарушения их жизненных процессов. До сих пор еще никем не изучались изменения, происходящие в спектре флуоресценции (или в спектре поглощения) хлорофилла во время фотосинтеза однако в будущем такого рода исследования могут также оказаться выполнимыми и весьма плодотворными. [c.216]

А. С, Фаминцин — автор монографии Обмен веществ и превращение энергии в растениях (1883 г.) и первого отечественного учебника по физиологии растений (1887 г.). Основные научные труды этого ученого посвящены фотосинтезу и обмену веществ в растениях. Он доказал, что ассимиляция углекислого газа и образование крахмала могут происходить при искусственном освещении. [c.8]

Потенциал ионизации уменьшается на значение энергии возбуждения, а сродство к электрону возрастает на ту же величину. Обменные взаимодействия между гСюлекулами проявляются на расстояниях до 1 нм, существенно превышающих их кинетические радиусы. По всем этим причинам химическое взаимодейст-вие начинается с электронного. Процессы фотопереноса электрона являются ключевыми стадиями многих фотохимических реакций органических и координационных соединений, фотосенсибилизации, биологического фотосинтеза, разрабатываемых в настоящее время методов преобразования световой энергии в химическую [4, 262]. [c.205]

Растение — сложный многоклеточный организм, и каждая клетка — это машина , для работы которой нулсиа энергия, поступающая от одного источника, — квант солнечного света, фотон. В процессе фотосинтеза эта энергия трансформируется в химическую в форме органических веществ. В энергетическом отношении фотосинтез является примером процесса, в котором происходит трансформация и накопление свободной энергии. Растительному организму как открытой, саморегулирующейся термодинамической системе свойствен. постоянный обмен веществ и энергии с окружающей средой. [c.18]

В заключение укажем, что живая клетка располагает двумя формами унифицированной энергии — химической (АТФ) и физической (электрической), или мембранный потенциан (А(хЯ). Обе формы энергии обеспечивают векторный характер обменных процессов в клетке и в целом растительном организме. Превращения и количественные изменения их детально рассматриваются в разделах Фотосинтез , и Дыхание растений . [c.29]

Фотосинтез растеиий мог возникнуть лишь на определенном этапе существования и развития жизни на Земле как дальнейшее усложнение и развитие менее совершенных форм фиксации углекислого газа. Очевидно, типы ассимиляции СОа в процессе эволюции обмена веществ развивались от гетеротрофного к, автотрофному (фотосинтезу) через хемотрофию, фоторедукцию. Углекислый газ, присоединяясь к какому-либо органическому радикалу, входит в состав карбоксильной группы, которая восстанавливается у гетеротрофов за счет. энергии экзэргонических реакций, а у автотрофов — за счет энергии солнца. Восстановленный углерод включается в обмен веществ и-различные типы биосинтеза. [c.149]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология