Фотосинтезирующие организмы

У всех фотосинтезирующих организмов, включая высшие растения, фотосинтез протекает в мембранных структурах. У пурпурных бактерий поглощающие свет пигменты (бактериальные хлорофиллы и каротины) встроены в мембраны, которые представляют собой складки наружной клеточной мембраны. Эти участки имеют характерную структуру и называются хроматофорами. Они состоят из соединяющихся между собой полых пузырьков, параллельно расположенных трубочек или параллельных пластинок (ламелл) диаметр всей структуры — 50—100 нм. У зеленых бактерий пигменты выстилают внутриклеточные пузырьки. В настоящее время фотосинтезирующие бактерии обитают только в серных источниках и глубоких озерах, но когда-то они были, вероятно, распространены гораздо более широко и являлись единственными фотосинтезирующими организмами на Земле. [c.25]

Действительно, общий цикл обмена веществом и энергией для живых организмов можно упрощенно представить как инициирующее этот цикл образование сложных молекул типа углеводов из СО2 и воды в ходе фотосинтеза растений с последующей деградацией продуктов фотосинтеза вновь до СО2 и воды в процессах дыхания в рассматриваемом организме. При этом уменьшение энтропии происходит только в момент электронного возбуждения молекулы хлорофилла за счет поглощения фотосинтезирующими организмами носителей чистой свободной энергии — квантов солнечного света, в результате чего становится возможным протекание первичных фотосинтетических реакций образования энергоемких веществ. Все происходящие далее биохимические процессы носят необратимый характер и идут только с увеличением [c.297]

Таким образом, суммарный результат фотосинтеза состоит в связывании диоксида углерода, окислении воды до молекулярного кислорода и синтеза углеводов. Образование кислорода как побочного продукта фотосинтеза не является универсальным свойством фотосинтезирующих организмов. Например, у некоторых бактерий фотосинтеза процесс выражается схемой [c.162]

Фотосинтез — вероятно, наиболее важный из большого числа интересных фотохимических процессов, известных в биологии. От него зависела эволюция атмосферы Земли животные, поедая растения, также черпают энергию Солнца, запасенную фотосинтезом. Согласно оценке, общая масса органического вещества, созданного зелеными растениями в течение биологической истории Земли, составляет 1 % массы планеты. Каждый год в процессе фотосинтеза запасается энергия, эквивалентная десятикратному годовому ее потреблению человечеством. В этом разделе мы обсудим фотосинтез зеленых растений, хотя существуют также другие фотосинтезирующие организмы (например, некоторые бактерии), у которых процессы фотосинтеза могут несколько отличаться. [c.228]

Молекулы хлорофилла представляют собой хромофоры, с помощью которых поглощается свет. В фотосинтезирующих организмах могут содержаться два и более типов молекул хлорофилла. В зеленых растениях содержатся хлорофиллы а и й, структура которых показана на рис. 63. Поглощение света в видимой области спектра обусловлено наличием сильно сопряженной порфири-новой системы. Как видно из рис. 64, хлорофилл поглощает свет наиболее интенсивно в синей и красной областях спектра, но отражает зеленый, желтый и оранжевый свет. Этим определяется характерный зеленый цвет растений. [c.162]

Человек живет на Земле не один, а в окружении множества других живых существ, и их метаболизм для нас жизненно важен. Фотосинтезирующие организмы используют энергию солнечного света и вырабатывают вещества, которые необходимы для человека, но не синтезируются в его организме. Микроорганизмы, получая энергию за счет различных реакций, разлагают сложные органические соединения до форм, которые могут затем использоваться растениями. В этой книге мы опишем химические реакции, протекающие в самых разнообразных живых системах. Наряду с метаболическими путями, общими для большинства организмов, будут рассмотрены и некоторые своеобразные, необычные процессы. [c.11]

Прокариотические сине-зеленые водоросли (цианобактерии) являются простейшими фотосинтезирующими организмами, выделяющими кислород. Они не содержат хлоропластов, но имеют более или менее развитые внутренние фотосинтетические мембраны, включающие хлорофилл а, каротиноиды и фикобилины. Опишите все изменения в морфологии, ультраструктуре и составе пигментов, которые можно ожидать при переносе цианобактерий из 1) условий низкой освещенности в условия высокой освещенности и высокого содержания кислорода, 2) условий высокой освещенности в условия низкой освещенности, 3) условий освещения белым светом в условия освещения зеленым или красным светом. [c.402]

ТЫ И химическую энергию для фиксации углерода, с помощью которых СОг восстанавливается до углеводов. Хотя у разных фотосинтезирующих организмов в образовании углеводов участвуют различные метаболические последовательности, по-видимому, в хлоропластах всех высших растений реакции протекают в основном по циклу Кальвина — Бенсона, приведенному на рис. 10.15. [c.350]

Спектр поглощения хлорофилла а в органических растворителях имеет два основных и два второстепенных пика. Один из основных пиков располагается в голубой и ближней УФ-об-ластях спектра, а другой — в красной. У фотосинтезирующих организмов помимо хлорофилла а обычно содержатся один или [c.230]

Выяснение механизма сенсибилизированного фотоокисления дает возможность сделать несколько полезных выводов по отношению к фотобиологии. Например, рассмотрим защитное действие каротиноидов в биологических системах. Очевидно, каротиноиды защищают фотосинтезирующие организмы от летального действия их собственного хлорофилла (см. с. 231), который является превосходным сенсибилизатором фотоокисления. Было показано, что -каротин — крайне эффективный ингибитор синглетного кислорода и может также ингибировать фотоокисление. Например, -каротин в концентрации [c.175]

Отсюда следует интересный вывод, что каротиноиды несут двойную функцию в фотосинтезирующих организмах во-первых, они удаляют токсичный синглетный кислород и, во-вторых, могут сохранять энергию, полученную Ог от хлорофилла, которая иначе будет потеряна. [c.176]

В это.м уравнении НгА может обозначать Нг5 (как в пурпурных серных бактериях), элементарный водород Нг, изопропанол и т. д. Рассмотрев множество реакций такого рода, Ван-Ниль пришел к логическому заключению, что у сине-зеленых водорослей, выделяющих О2, и у эукариотических растений в роли окисляемого субстрата, представленного в уравнении (13-25), выступает вода. Ее расщепление приводит к образованию О2 и поставляет атомы водорода, необходимые для процесса восстановления. Интересно, что такое фотохимическое расщепление является единственной известной реакцией биологического окисления Н2О. Ни один из окислителей, имеющихся в живых организмах, не является достаточно мощным, чтобы отщепить атомы водорода от молекулы воды этой способностью наделены лишь фотохимические реакционные центры фотосинтезирующих организмов. [c.37]

Бактериальный фотосинтез во многом отличается от фотосинтеза у растений. Во-первых, бактерии — единственные из фотосинтезирующих организмов — не способны использовать в качестве конечного восстановителя воду. Они используют другие восстановители, которыми могут быть органические молекулы или неорганические соединения серы, и, следовательно, [c.356]

В биосфере происходит постоянный круговорот элементов при участии биотического и абиотического компонентов. Движущей силой круговоротов служит солнечная энергия, которую используют непосредственно фотосинтезирующие организмы и затем передают её другим представителям биотического компонента. [c.12]

Приведенный состав глубинных газов должен был определять восстановительный характер атмосферы, и если в конце концов произошел переход к современной окислительной атмосфере, то ответственным за это фактором была жизнедеятельность фотосинтезирующих организмов. С момента появления жизни на Земле дальнейшая химическая эволюция внешних ее оболочек - атмосферы, гидросферы и верхней части литосферы -определялась главным образом биотой (под биотой понимают совокупность всех живых организмов). [c.49]

Главным результатом деятельности фотосинтезирующих организмов на этом этапе эволюции было извлечение больших количеств СО из атмосферы. Выделявшийся фотосинтетический кислород первоначально должен был расходоваться на окисление восстановленных газов атмосферы и накопленных в водах древнего океана ионов Ре " и (растворимые соединения [c.50]

Механизм защитного действия каротиноидов у фотосинтезирующих организмов заключается в следующем (рис. 88). Молекула хлорофилла, поглотившая свет, быстро (10 с) переносит энергию синглетного возбужденного состояния в реакционный центр. Из Ю поглощенных квантов света приблизительно 4 приводят к переходу молекулы хлорофилла в возбужденное триплетное состояние. Возникает возможность фотодинамического поражения. Каротиноиды могут участвовать в трех защитных реакциях 1) непосредственно тушить триплетное состояние хлорофилла, переводя его в основное состояние (рис. 88, А) возникающая при этом триплетная молекула каротиноида отдает избыточную энергию в виде тепла и возвращается в основное состояние 2) триплетный хлорофилл не гасится каротиноидами происходит его взаимодействие с О2, переводящее последний в возбужденное синглетное состояние синглетный кислород гасится каротиноидами (рис. 88, Б) 3) синглетный кислород, не подвергшийся гашению каротиноидами по физическому механизму, может взаимодействовать с ними в химической реакции, приводящей к окислению каротиноидов. Участие каротиноидов в любой из трех описанных выше реакций будет снижать уровень образования в клетке 0 . [c.339]

Лишайники, представляющие собой симбиотическое соединение грибов и водорослей, вероятно, существовали с давних времен и, как уже ранее упоминалось, по-видимому, ответственны за превращения горных пород в почву. Водоросли являются фотосинтезирующими организмами, и они запасают энергию в форме углеводов, тогда как грибы оказывают воздействие на горную породу, запасаясь минеральными питательными веществами. Ввиду большой сложности структур и близкого объединения с минеральными силикатами к результатам химического анализа на содержание кремнезема необходимо относиться осторожно, но тем не менее сообщалось о том, что зола содержит 10—20 % кремнезема. Данные по воздействию лишайников на кварц не были подтверждены [4а]. [c.1011]

Часть солнечной энергии доходит до Земли в виде фотонов света (квантов) — дискретной электромагнитной энергии. Только 0,1—1,0% этой энергии используют фотосинтезирующие организмы. В течение года даже из этого количества усвоенной энергии в процессе фотосинтеза образуется 164 млрд. т органической массы. Аккумулированная в органических веществах энергия широко используется в микробиологическом биосинтезе. В него, естественно, включаются и другие виды энергии, которые используют предприятия микробиологической промышленности (электричество, топливо). Человек употребляет в пищу главным образом органическую массу, полученную в сельскохозяйственном производстве, которая составляет 5% всей продукции фотосинтеза. Огромные богатства органических веществ содержат леса. Их продукция рассматривается как перспективное сырье для микробиологической промышленности. [c.8]

Микроорганизмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из СО2 в процессе хемо- или фотосинтеза, называют автотрофными, а микроорганизмы, для существования которых необходимы уже готовые органические вещества,— гетеротрофными. В круговороте углерода в природе принимают участие как авто-, так и гетеротрофные организмы, причем существует определенное равновесие между фиксирующими СО2 фотосинтезирующими организмами (главным образом растениями) и микроорганизмами, разрушающими органические соединения. Установлено, что ежегодно в процессе фотосинтеза из атмосферы потребляется примерно 60 млрд. т СО2 и такое же количество СО2 ежегодно образуется в процессах микробиологической минерализации. [c.9]

К вспомогательным фотосинтетическим пигментам, которые содержат все фотосинтезирующие организмы, относятся каротиноиды, большая группа химических соединений, представляющих собой продукт конденсации остатков изопрена [c.268]

Таким образом, фотосинтезирующие организмы, автотрофы, должны были возникнуть на Земле в тот период, когда ее атмосфера была восстановительной. Более того, если бы клетки не достигли высоко организованного и защищенного состояния, кислород атмосферы не дал бы возможности развиваться жизни, окисляя химические соединения, из которых должны были образоваться биологически функциональные молекулы. Существование в наше время анаэробных бактерий, анаэробного гликолиза свидетельствует о возникновении жизни в восстановительной атмосфере. Таким образом, само существование жизни указывает на биогенное происхождение современной окисленной атмосферы Земли. Геология и биология тесно связаны. [c.535]

Для всех фотосинтезирующих организмов реакции фотосинтеза идут согласно следующему уравнению [c.118]

Фотосинтез в океане происходит в сравнительно тонком верхнем слое мощностью 2-250 м (в среднем 40 м) — эуфотическом слое — слое жизни. Разные фотосинтезирующие организмы используют различные участки видимого светового спектра, что позволяет фотосинтезирующим бактериям и водорослям обитать на различной глубине водной толщи. [c.118]

Организмы могут использовать не все виды энергии, существующей в природе. Недоступными для них являются ядерная, механическая, тепловая виды энергии. Чтобы теплота могла служить источником энергии, необходим большой перепад температур, который в живых организмах невозможен. Доступными для живых систем внешними источниками энергии (энергетическими ресурсами) являются электромагнитная (физическая) энергия (свет определенной длины волны) и химическая (восстановленные химические соединения). Способностью использовать энергию света обладает большая группа фотосинтезирующих организмов, в том числе и прокариот, имеющих фоторецепторные молекулы нескольких типов (хлорофиллы, каротиноиды, фикобилипротеины). Для [c.91]

Возникновение атмосферы, содержащей О2, произошло значительно позднее и связано с жизнедеятельностью фотосинтезирующих организмов. Отсутствие свободного кислорода в первобытной атмосфере Земли имело принципиальное значение, поскольку органические вещества, образующиеся в этот период, не могли бы синтезироваться и сохраняться на протяжении геологических периодов в присутствии кислорода. [c.189]

Для абиогенного синтеза органических веществ в основном требовался ультрафиолет. Все известные в настоящее время фотосинтезирующие организмы используют в процессе фотосинтеза видимый и инфракрасный свет. Наиболее богатые энергией ультрафиолетовые лучи в фотосинтезе практически не используются (см. рис. 35). Это связано с фотохимическими эффектами разных частей спектра, рассмотренными ранее. [c.263]

Пигментные наборы фотосинтезирующих эубактерий позволяют им использовать весь диапазон длин волн падающей на Землю солнечной энергии (рис. 71 см. рис. 35). Обращает внимание большое различие в спектрах поглощения у представителей разных групп фотосинтезирующих организмов и прежде всего существенные сдвиги в максимумах поглощения хлорофиллов в красной области спектра. Несомненно экологическое значение этого явления, позволяющего избегать конкуренции за свет между разными группами фотосинтезирующих организмов. Что же касается эволюции спектров поглощения хлорофиллов, то очевидна тенденция к перемещению в более коротковолновую часть спектра с более высоким энергетическим уровнем. [c.272]

Что происходит после того, как вторичный акцептор захватывает электрон В фотосинтетической мембране в непосредственной близости от реакционного центра локализованы определенным образом ориентированные переносчики электронов, и по этим переносчикам электрон может возвращаться на свое место в молекуле хлорофилла. Последним переносчиком, с которого электроны поступают на хлорофилл реакционного центра, у фотосинтезирующих организмов в больщинстве случаев служат цитохромы типа с. Возвращение электрона — темновой процесс. Электрон [c.280]

Выбор в качестве экзогенных доноров электронов восстановленных соединений серы обусловил определенную привязанность возникших фототрофных эубактерий к местам обитания, где эти соединения имеются. Колоссальное преимущество форм, которые, сохранив положительные моменты сформированного фотосинтетического аппарата, могли бы в качестве экзогенного донора электронов использовать повсеместно распространенное вещество, очевидно. Таким веществом является вода. Поэтому следующий принципиально важный шаг на пути эволюции фотосинтеза и фотосинтезирующих организмов — способность использовать воду в качестве донора электронов. [c.287]

Первоначально молекулярный кислород появился внутри клетки, и это сразу же создало проблему взаимодействия клетки с О2. Очевидно, что у первых фотосинтезирующих организмов, продуцировавших молекулярный кислород, не было ферментных систем не только для выгодного использования этого акцептора, но и для его нейтрализации в клетке. Не было их также и у других существовавших анаэробных форм жизни. Поэтому можно предполагать, что первый тип взаимодействия с О2 базировался на резко отрицательном отношении к нему клетки. Пример этого — многочисленные данные по высокой токсичности молекулярного кислорода для современных облигатно анаэробных организмов. [c.327]

Красные водоросли и сине-зеленые водоросли (или бактерии) отличаются от всех других фотосинтезирующих организмов тем, что в качестве вспомогательных светоулавливающих пигментов они используют фикобилипротеины (гл. 5), которые локализованы в специфических структурах, называемых фико-,билисомами. Последние представляют собой макромолекулярные [c.354]

Фотосинтез является непременным условием жизни растений и животных, будучи фактически самым крупномасштабным синтетическим процессом на Земле. Как считает П. Нобел, за год фотосинтезирующими организмами фиксируется и переводится в форму органических соединений около 5-10 г (50 млрд. т) углерода, причем большая часть его фиксируется фитопланктоном, живущим вблизи поверхности океанов. Это количество соответствует параллелепипеду, сложенному из фотосинтетиче-ских продуктов, с основанием 1 км и высотой несколько более 100 км. Источником углерода для фотосинтеза служит атмосферный СО2 (содержание в атмосфере составляет 0,03%), а также СО2 и НСОз растворенные в воде озер и океанов. Из продуктов фотосинтеза, кроме органических соединений, очень важное значение имеет кислород, необходимый для всех организмов, обладающих дыханием. Весь кислород, содержащийся в атмосфере, был образован путем фотосинтеза за несколько тысячелетий. [c.161]

К 1880 г. относятся классические работы Виноградского, открывшего осуществляемые в природе темновые варианты хемосинтетической ассимиляции СО 2, сохранившиеся до сих пор на земле в жизненном цикле многих бактерий (пурпурных и зеленых серобактерий) потомков тех первичных безъядерных еще и бесхлорофилльных организмов, которые возникли в декембрийские времена. Эти бактерии анаэробны, так как возникли в эпоху, когда газовая оболочка земли еще не содержала свободного кислорода, и использовали при ассимиляции СО 2 не воду и фотопроцесс, а темповую реакцию со свободным водородом или водородом, отнимаемым от молекул НаЗ в результате в отличие от фотосинтезирующих организмов эти бактерии выделяют не свободный кислород, а серу, скопляющуюся в мощных природных отложениях. [c.340]

На рис. 32 видно, что основные запасы приходятся на нефти, в которых п/ф 1 Вероятно, эти нефти образовались из ОВ, фоссилизация которого протекала в наиболее благоприятной окислительно-восстано-вительной обстановке. Примечательно, что низким генерационным потенциалом обладает ОВ, продуцирующее нефти с п/ф < 0,6, а также ОВ, из которого образуются нефти с п/ф > 2. Низкий потенциал ОВ с п/ф > > 2 объяснить нетрудно окисление исходного ОВ приводит к потере его основной массы, а также к глубокой перестройке его структуры, что и является причиной его низкого генерационного потенциала. Нефти, а чаще всего конденсат-ы, с таким высоким п/ф редко образуют крупные залежи. Эту особенность отмечали А.Э. Конторович и О.Ф. Стасова, Е.И. Бодунов и А.И. Изосимова, Не совсем понятна природа ОВ, которое служит источником нефтей с п/ф = 0,6. Возможно, его основой является биомасса с большим вкладом фотосинтезирующих организмов (и потому богатая хлорофиллом и фитолом), но по каким-то причинам слабо тран- [c.131]

Наряду с использованием СОг, пурпурные и зеленые бактерии, а также нек-рые др. фотосинтезирующие организмы ассимилируют при Ф. орг. соед. (напр., уксусную и пирониноградпую к-ты). Мн. фотосинтезирующие бактерии способны также к фотоассимиляции N2. [c.633]

Фотохимическое образование бактериями Нг является только одним из примеров разнообразных процессов фотометаболизма в фотосинтезирующих организмах [132а]. Другим примером такого рода служит происходящее под действием света поглощение ацетата пурпурными бактериями с превращением его в поли-р-оксибугират. [c.61]

Особенно большую опасность представляет цветение , вызьшаемое сипе-зелепыми и другими токсичными видами водорослей. Сине-зеленые водоросли играют особую роль в экосистемах современньк водоемов. Они занимают промежуточное положение между бактериями и растениями, так что их часто назьшают цианобактериями. Сине-зеленые водоросли появились па Земле более 3 млрд. лет назад, были первыми фотосинтезирующими организмами, образовавшими аэробную систему Земли. Сине-зеленые водоросли обладают колоссальным потенциалом размножения за 70 дней вегетационного периода одна клетка может дать 10 ° потомков. К благоприятным условиям для размножения сине-зеленьк водорослей относятся низкое содержание кислорода, т.е. более восстановительная среда. Сине-зеленые водоросли - единственные обитатели Земли, которые способны усваивать четыре вида газов СО, (фотосинтез, как у зеленых растений). О, (дькание), М, (азотфиксация), (как бактерии в процессах хемосинтеза). [c.40]

Еще одно направление миграции кислорода связано с массо-обменом между атмосферой и океаносферой, аналогичным представленному на рис. 2.1. для диоксида углерода. В водах Мирового океана растворено 3-10 млн. км кислорода. По некоторым оценкам, в этот обмен ежегодно вовлекается примерно 6000 Гт кислорода. Это составляет всего лишь 0,5 % от содержания О2 в атмосфере, но примерно в 20 раз превышает его годичную эмиссию фотосинтезирующими организмами. [c.57]

Сравните биомассу континентов и гидросферы (табл. 2.1) и объясните непропорционально большой вклад фотосинтезирующих организмов океаносферы в ассимиляцию диоксида углерода (табл. 2.2). [c.117]

Восстановительный пентозофосфатный цикл, или цикл Кальвина, являющийся основным путем фиксации СО2 у всех высших фотосинтезирующих организмов, функционирует уже в группе пурпурных бактерий. У цианобактерий и прохлорофит это также основной путь фиксации СО2. Последовательность ферментативных реакций, приводящих к фиксации углекислоты и образованию из нее молекулы гексозы, была расшифрована М. Кальвином (M. alvin) с сотрудниками в 50-х гг. XX в. (рис. 77). Что в этом цикле нового, существенно отличающего его от всех реакций фиксации СО2 как гетеротрофной природы, так и функционирующих в восстановительном ЦТК Новая химическая природа акцептора. Акцепторами СО2 во всех до сих пор описанных реакциях были органические кислоты в обычной или активированной форме. В этом цикле впервые акцептором СО2 выступает вещество углеводной природы — активированная молекула пентозы. [c.294]

Давно было известно, что на свету токсичность молекулярного кислорода для живых организмов повышается. Этому способствуют находящиеся в клетке вещества, поглощающие видимый свет, — фотосенсибилизаторы. Многие природные пигменты могут быть фотосенсибилизаторами. В клетках фотосинтезирующих организмов активными фотосенсибилизаторами являются хлорофиллы и фикобилипротеины. Окисление биологически важных молекул под влиянием видимого света в присутствии молекулярного кислорода и фотосенсибилизатора получило название фотодинами-ческого эффекта. [c.333]

Клетки содержат вещества, выполняющие функцию тущения синглетного кислорода и понижающие возможность структурных и иных повреждений, вызываемых им. Одним из тущителей синглетного кислорода служат каротиноиды, защищающие фотосинтезирующие организмы от летальных эффектов, фотосен-сибилизируемых хлорофиллом. Перехватчиками 02 являются также различные биологически активные соединения липиды, аминокислоты, нуклеотиды, токоферолы и др. [c.334]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология