Углерод, превращения в процессе фотосинтеза

Хлорофилл и гемин содержат четыре ядра — производных пиррола, составляющие циклическую систему порфирина, которая включает ион металла как центральный атом. Хлорофилл — это зеленый пигмент растений, встречающийся в природе в связанном состоянии с молекулой белка. Он функционирует как механизм для превращения световой энергий в химическую в процессе фотосинтеза, столь важного в растениях. Гемоглобин, одна из составных частей красных кровяных шариков в крови позвоночных, состоит из гемина (красный пигмент), связанного с белком. Он действует как переносчик кислорода из легких к тканям животного. Эта функция основана на присутствии железа в комплексе. Ядовитые свойства окиси углерода связаны с ее способностью заменять кислород в этом процессе и оказывать, таким образом, удушающее действие. На рис. 22.2 приведены формулы хлорофилла и гемина. [c.499]

Хлорофилл — вещество, ответственное за зеленый цвет в растениях, является комплексным соединением, в котором четыре пиррольных цикла связаны в виде комплекса с магнием. Основное значение хлорофилла в природе — его участие в процессе фотосинтеза, в преобразовании световой энергии в химическую [8]. Хотя механизм фотохимического превращения двуокиси углерода и воды в углеводы и кислород еще не совсем ясен, первичной реакцией должно быть фотовозбуждение хлорофилла с последующим использованием этой энергии для окисления воды и восстановления двуокиси углерода. Известны два хлорофилла а и 6 (XII, XIII), которые мало отличаются по структуре, причем главным образом ответствен за фотосинтез первый из них. Полный синтез XII и XIII был осуществлен в 1960 г. [9] (схема 4). [c.318]

Исходным веществом при образовании лигнина должна быть, конечно, двуокись углерода, абсорбированная растением в процессе фотосинтеза. Стоун [7], а также Браун и сотр. [8] исследовали превращение С Ог в лигнин пшеницы на стадии быстрой лигнификации [9]. После окисления образовавшегося лигнина щелочным раствором нитробензола получены радиоактивные п-оксибензальдегид (II, Р = Р = Н), ванилин (II, К = Н, Р = ОСНд) и альдегид сиреневой кислоты (II, К = Р = ОСН ). [c.287]

В растительном мире огромные количества глюкозы образуются путем восстановления диоксида углерода в процессе фотосинтеза. В организме животных глюкоза непрерывно синтезируется в строго регулируемых реакциях из простых предшественников. Предшественниками могут быть 1) пируват или лактат 2) некоторые аминокислоты 3) любой другой компонент, который в процессе катаболизма может быть превращен в пируват или один из метаболитов ЦТК. [c.271]

Основные научные работы посвящены изучению механизма фотосинтеза. Показал (1941), что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекулы воды, в результате чего образуются кислород, выделяющийся в атмосферу, и водород, идущий на восстановление двуокиси углерода. Используя радиоактивный изотоп углерод-14 в качестве метки и метод хроматографии на бумаге, установил последовательность фо-тосинтетического цикла (цикла Кэлвина) ассимиляция двуокиси углерода зеленььми растениями — превращение его в органические вещества — последующее восстановление. Создал (1956) схему полного пути углерода при фотосинтезе, ставшую классической. Предложил модель превращения световой энергии в химическую. Показал, что превращения фосфата пентозы играют большую роль в жизнедеятельности не только растений, но и животных. Изучал вопрос о происхождении и развитии жизни на Земле. [c.279]

Мы знаем, что в растительном мире огромные количества глюкозы, а также других углеводов образуются путем восстановления двуокиси углерода в процессе фотосинтеза (гл. 23). В отличие от растений у животных не происходит реального (net) превращения Oj в новые молекулы глюкозы. [c.602]

США Калвин М. Открытие последовательности химических превращений диоксида углерода в процессе фотосинтеза [c.541]

Углекислый газ восстанавливается до уровня углеводов с одновременным выделением кислорода. Эта реакция высоко эндергонична, и она осуществляется благодаря поглощению световой энергии. Энергия, накопленная в углеводах и других восстановленных соединениях, может быть затем использована в виде АТФ в процессах дыхания и фосфорилирования в дыхательной цепи. Недавно проведенные исследования показали, что световая энергия, накопленная в процессе фотосинтетического фосфорилирования, может непосредственно превращаться в химическую энергию АТФ. Хотя уравнение (6.1) точно воспроизводит общие стехиометрические отношения в процессе фотосинтеза в растениях, оно не определяет его основной реакции. Например, фотосинтезирующие бактерии никогда не выделяют кислород, а источником углерода для них вместо углекислого газа могут служить такие соединения, как уксусная кислота. По-видимому, основной реакцией фотосинтеза является превращение АДФ в АТФ в процессе циклического фотосинтетического фосфорилирования (см. стр. 274). [c.256]

Отсюда, в частности, следует, что видимый свет способен вызывать фотохимические превращения только в окрашенных веществах, т. е. веществах, поглощающих свет в видимой части спектра. Так, важнейшие для жизни на Земле процессы фотосинтеза начинаются с поглощения солнечного света зеленым красителем хлорофиллом, содержащимся в растениях (если вещество окрашено в зеленый цвет, это значит, что оно поглощает дополнительный к нему красный свет). Далее развивается весьма сложный процесс, включающий как фотохимические, так и темновые стадии. За счет энергии солнечного света идут чрезвычайно невыгодные термодинамически реакции синтеза сложных органических веществ из диоксида углерода и воды, например синтез глюкозы [c.161]

Нахождение Крахмала в природе и его образование. Крахмал —одно из самых распространенных веществ в растительном мире. Он содержится в семенах, зернах, тканях и корнях различных растений. Особенно много его в клубнях картофеля (около 20%) и в зернах злаков (до 70—80%). Это— запасное питательное вещество растений. Крахмал — продукт усвоения двуокиси углерода и воды Превращение СОз и НаО в сложные органические вещества — эндотермический процесс, сопровождающийся поглощением солнечной энергии. Так как он протекает под действием света, то получил название фотосинтеза. Весь процесс фотосинтеза тесно связан с зеленым веществом растений — хлорофиллом. Солнечная энергия превращается при этом в химическую энергию органических веществ. За последние годы выяснено, что до 25% поглощаемой растениями двуокиси углерода осуществляется не из воздуха, а корневой системой растений (при поглощении карбонатов из почвы). При этом процесс образования органических веществ начинается не в листьях, а в зеленых образованиях, находящихся внутри растения. Выяснить это удалось методом радиоактивных изотопов. [c.246]

Тем не менее можно связывать первичный фотохимический процесс фотосинтеза с превращением двуокиси углерода, если этот процесс рассматривать скорее как фотохимическое гидрирование, а не разложение этого соединения (см. фиг. 15). Если вода не участвует в первичном процессе непосредственно, фотохимическое восстановление двуокиси углерода должно происходить за счет промежуточного водородного донора, обозначенного на фиг. 15 через НХ. [c.163]

Углерод, поглощаемый растениями в виде СО2, служит материалом для построения всех органических соединений живой природы, в том числе ряда ценных веществ, используемых для питания человека и животных (белки, сахара, крахмал, жиры, витамины), а также перерабатываемых в промышленности (целлюлоза, натуральные волокна, каучук и др.). Эти сложные органические продукты синтезируются из двуокиси углерода, воды и минеральных соединений под действием энергии солнечных лучей, поглощаемых зеленым красящим веществом листьев — хлорофиллом (процесс фотосинтеза). В ходе превращений простых веществ листья выделяют в воздух кислород, обогащая им атмосферу. [c.176]

Для превращения промежуточных продуктов фотосинтетического цикла восстановления углерода в ацетилкофермент А возможны два нути. Один из них — гидролиз ФЕП до пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота должна затем окислиться с помощью оксидазы пировиноградной кислоты в присутствии липоевой кислоты и кофермента А с образованием восстановленной липоевой кислоты, двуокиси углерода и ацетилкофермента А (гл. 10). Подобная последовательность реакций имеет большое значение при дыхании. Однако маловероятно, чтобы эти реакции имели место в хлоропластах при фотосинтезе — в основном из-за восстановительной среды хлоропластов. Кофакторы, переносящие электроны в процессе фотосинтеза, постоянно находятся в восстановленном состоянии, в отличие от того, что имеет место в дыхательных системах, переносящих электроны к кислороду и поэтому находящихся в окисленном состоянии. [c.548]

Важнейшим способом превращения солнечной энергии в формы, доступные для использования живыми организмами, является фотосинтез. В ходе фотосинтеза в листьях растений диоксид углерода (углекислота) и вода превращаются в углевод глюкозу, одну из разновидностей сахаров (см. разд. 25.4) этот процесс сопровождается выделением кислорода [c.442]

Основными фактами, которые были получены при изучении фотосинтеза, являются световое образование молекулярного кислорода из воды и восстановление СО2 в цикле превращений углерода в результате темновых реакций. Вся последовательность ферментативных реакций, принимающих участие в восстановлении СО2, также осуществляется в отсутствие света. Вместе с тем все 11 ферментов, принимающих участие в реакциях цикла восстановления углерода, очень широко распространены в природе и могут быть найдены также в организмах, не имеющих прямого отношения к процессу фотосинтеза. [c.337]

Вторая группа фотохимических реакций — это реакции, которые в данных условиях могут протекать лишь при непрерывном подводе энергии электромагнитных колебаний. Количество превращенного в этом случае вещества прямо пропорционально количеству затраченной энергии. Примером промышленных фотохимических реакций могут служить процессы хлорирования углеводородов, синтез полистирола и т. п. К фотохимическим реакциям второй группы относится, например, природный процесс фотосинтеза, т. е. синтез углеводородов из двуокиси углерода и воздуха под действием солнечного света, поглощаемого [c.131]

И тепло используются в процессе фотосинтеза богатых энергией веществ из двуокиси углерода, воды и минеральных соединений почвы. Животные съедают растения, и химическая энергия превращается в механическую энергию движения (рис. 3). При сжигании нефти — продуктов разложения растений — выделяется тепло, под действием которого вода превращается в пар пар вращает турбину, производящую электрическую энергию. Эти примеры показывают, как происходит превращение одного вида энергии в другой. [c.19]

Радиоизотопы, которые можно использовать в качестве меток даже при очень небольших концентрациях, помогают изучать самые разнообразные процессы, происходящие в живых организмах. В живых организмах они усваиваются так же, как обычные нерадиоактивные атомы того же элемента. Например, соединения, содержащие углерод 0 , усваиваются точно так же, как и соединения, в состав которых входит только устойчивый изотоп углерода Введенные в живой организм меченые соединения принимают участие в образовании углеводов, жиров и белков, так как у обоих изотопов электронные оболочки, а следовательно, и химические свойства одинаковы. Углерод дает постоянное излучение и его путь в виде различных веществ в организме можно проследить с помощью счетчика Гейгера. Углерод С применяется для изучения процессов фотосинтеза и превращения жиров, углеводов и белков в живых тканях. С помощью изотопа железа Ре изучались процессы образования красных кровяных телец 145 [c.145]

За гаионерокую работу по установлению пути превращения углерода в процессе фотосинтеза профессору Калвину была присуждена Нобелевская премия по химии за 1961 г. [c.41]

В качестве приложения к книге Рабиновича мы помещаем две наиболее новые работы американских авторов по вопросу о путях превращения углерода в процессе фотосинтеза. Они представляют интерес как отражение проводимых сейчас в США работ с меченым углеродом и иллюстрируют технику работы в этой области. Эти статьи представляют собой тексты докладов, сделанных в симнозии, проведенном в 1950 г. Они были подвергнуты обсуждению, в процессе которого, несмотря на согласованность результатов работ двух различных групп ученых, были высказаны сомнения в непререкаемости этих результатов. [c.13]

Одр1н из первых примеров использования феномена радиоактивности в биологических исследованиях - изучение превращения углерода в процессе фотосинтеза. Одноклеточные зеленые водоросли поместили в атмосферу, содержащую радиоактивно меченный СО2 ( СОг). и облучали в разные промежутки времени солнечным светом. Затем радиоактивное содержимое водорослей фракционировали с помощью хроматографии на бумаге. Небольшие молекулы, содержащие атомы происходящие из молекул СО2, выявляли на хроматограмме, помещая поверх высушенной бумажной хроматограммы лист фотопленки. Таким образом бьшо идентифицировано большинство основных компонентов, образующихся в процессе фотосинтеза Сахаров из СО2. [c.222]

Рис. 7.1. Потоки энергии (белые стрелки) между фотоавтотрофами и хемогетеротрофами, круговорот углерода (черные стрелки) и баланс между фотосинтезом и дыханием. В процессе фотосинтеза световая энергия превращается в химическую, а затем вместе с диоксидом углерода и водой используется для образования органических соединений из неорганических веществ. Органические соединения являются источниками энергии и углерода для хемогетеротрофов. Энергия и диоксид углерода высвобождаются вновь при дыхании — процессе, характерном для всех живых организмов. Любое превращение энергии сопровождается некоторой ее потерей в виде тепла, являющегося в данном случае бесполезным.

В зеленом листе растения под воздействием солнечной радиации протекает целый комплекс фотохимических процессов, в результате которых из воды, углекислого газа и минеральных солей образуются крахмал, клетчатка, белки, жиры и другие сложные органические вещества. Процесс фотосинтеза о гень сложен. Он осуществляется при непосредственном участии важнейшего природного фотокатализатора — хлорофилла и сопровождается целым циклом химических превращений, не зависящих от солнечной радиации. В этих превращениях участвует большое число разнообразных биокатализаторов— ферментов. Суммарное уравнение фотосинтеза обычно выражают в виде реакции превращения двуокиси углерода и воды в гексозу [c.176]

Из всего изложенного видно, что в процессе фотосинтеза возникают фосфаты моносахаридов с 3, 4, 5, 6 и 7 атомами углерода, находящиеся в равновесии друг с другом. Из них лишь один может играть роль предшественника в приведенной выше реакции карбоксилирования, а именно рибулозодифосфат. Все эти превращения составляют стщио- [c.262]

Из двуокиси углерода и воды эндотермически получаются глюкоза и свободный молекулярный кислород, который пополняет нашу атмосферу для превращения каждого моля СОг в глюкозу требуется затратить 112,5 ккал энергии. Свет не всякой длины волны пригоден для этого процесса фотосинтез глюкозы требует лучей красной части спектра. Нам известно, что фотоны, отвечающие свету красной части спектра, таковы, что если бы мы затратили по одному фотону на каждую молекулу СОг, содержащуюся в моле этого газа (в моле, как известно, всего [c.113]

При описании процесса первичных квантовых превращений в фотосинтезе Кэлвин [45] предположил, что в хлоропластах растения хлорофилл покрыт, с одной стороны, акцептором электронов в липидной фазе, а с другой — донором, например ферроцитохромом, в водной фазе. При фотовозбуждении хлорофилл передает электрон акцептору. Затем происходит передача электрона от обычной молекулы хлорофилла на вакантную орбиталь положительного иона хлорофилла. Наконец, в итоге этого процесса миграции заряда положительный ион хлорофилла превращается в хлорофилл, отрывая электрон от донора, причем одновременно образуется феррицитохром. Окисленный донор служит окислителем, а восстановленный акцептор — восстановителем на более поздних стадиях процесса, приводящего к восстановлению двуокиси углерода и образованию кислорода [c.165]

Пятьдесят лет спустя Бредиг [113] и Гофман и Шумпельт [114] обратили внимание исключительно на превращение воды. Они предположили, что разложение воды па кислород и водорЬд представляет собой первичный световой процесс фотосинтеза кислород при этом уносится в атмосферу, а водород восстанавливает двуокись углерода до углеводного уровня (вторичный процесс). [c.56]

Долгое время полагали, что солнечная энергия затрачивается в процессе фотосинтеза на распад СОг с выделением кислорода в атмосферу и соединением углерода с водой. Начальным продуктом фотосинтеза считался формальдегид, хотя он в растениях никогда не был обнаружен. Объясняли это быстрым превращением его в глюкозу 6СНОН->СеН1гОв. Однако в опытах, где применяли радиоактивный углерод, формальдегида в листьях не было обнаружено даже через 30 секунд после начала фотосинтеза. Стало очевидным, что они не образуется. Выяснилось, что не происходит и разложения углекислого газа. [c.43]

С кислородом, в результате чего образуются глиоксилат и перекись водорода. Перекись тут же распадается на воду и кислород, а глиоксилат превращается в аминокислоту глицин. Затем уже вне пероксисомы, а именно в митохондриях, из глицина образуется аминокислота серии (которая может использоваться непосредственно в белковом синтезе или претерпевать дальнейшие превращения, ведущие к образованию глюкозы). При этой реакции из двух молекул глицина образуется одна молекула се-рша и одновременно выделяется СОг. Таким образом, какая-то часть углерода, фиксированиого в цикле Кальвина — Бенсона, теряется без того, чтобы растение могло хоть как-то этот углерод попользовать. Смысл фотодыхания нам пока не ясен, но, может быть, его полезная функция (если таковая существует) связана с тем, что оно играет необходимую роль в метаболизме азотистых соединений нли в их переносе из одной органеллы в другую, обеспечивая превращение гликолата в глицин. Возможно также, что фотодыхание возникло на ранних этапах существования Земли с развитием фотосинтеза. В то время в земной атмосфере, очевидно, не было кислорода, поэтому фосфогликолат не мог образовываться под действием КиВР-карбоксилазы. Однако, когда кислород, выделявшийся в процессе фотосинтеза, начал накапливаться в атмосфере, в растениях, возможно, началось накопление фосфоглнколата, и, может быть, фотодыхание возникло в процессе эволюции как средство, позволявшее ограничить это накопление. [c.129]

Схема естественного цикла углерода представлена на рис. 16. Биологический круговорот углерода начинается с фиксации СО2 из атмосферы зелеными растениями, микроскопическими водорослями, цианобактериями в процессе фотосинтеза и превращения его в сложные компоненты клетки — углеводы, жиры, белки. Эти биополимеры растительного происхождения частично служат пищей разнообразным животным, частично отмирают, образуя вместе с отмершими животными и их метаболидами мертвое органическое вещество. [c.74]

В гл. 1 мы говорили о том, что фотосинтез заводит главную биологическую пружину, что энергия поступает от Солнца и что благодаря фотосинтезу эта энергия -становится доступной живым организмам. Так как в процессе фотосинтеза идет превращение энергии, с ОДНОЙ стороны, и превращение углерода—с другой, следует рассмотреть и тот и другой процессы более детально. Это требует некоторого знакомства с законами термодинамики, а так как каждый образованный человек должен быть знаком с этими законами, вероятно, следует остановиться на них более подробно. К счастью, законы природы такого рода представляют собой простое обобщение человеческого опыта, и поэтому мы можем сформулировать их в более или менее произвольной форме. Здесь мы представим их в следующем виде (более строгие онределеиия даны в схеме 2.1) [c.19]

У Сз-растений концентрация Pi в цитозоле, по-видимому, играет регуляторную роль в процессе передачи углерода на синтез сахарозы (гл. 9). У С -растений такие ферменты, участвующие в последних стадиях синтеза сахарозы, как глюкозо-1-фосфат — уридилилтрансфераза и сахарозофосфатсинтетаза, локализованы в цитоплазме. Поэтому синтез сахарозы, вероятно, как и у Сз-растений, идет В цитоплазме. Уровень Pi в цитозоле клеток обкладки проводящих пучков может влиять на скорость выхода ФГК или триозофосфата из хлоропластов. В ходе дальнейших превращений ФГК или триозофосфатов в сахарозу, которые осуществляются в цитозоле клеток обоих типов. Pi снова высвобождается и возвращается обратно в хлоропласты клеток обкладки проводящих пучков (разд. 11.6). Б хлоропластах мезофилла, Сграстений Pi поглощается в обмеи на ФЕП (разд. 12.5). У Сз-растений в первичном обмене на переносчике фосфата участвуют Pi и ДГАФ, а выход ФГК в процессе фотосинтеза незначителен. Следовательно, и содержание ФГК в цитозоле может быть тоже относительно невелико. Предполагают, что у С4-растений ФГК выходит шз клеток обкладки проводящих пучков и затем восстанавливается в хлоропластах мезофилла Поэтому уровень ФГК в цитозоле в процессе фотосинтеза может быть сравнительно высок. Содержание ФГК в цитозоле клеток мезофилла может частично контролировать скорость синтеза сахарозы за счет обмена ФГК—ДГАФ в хлоропластах. В отличие от условий, существующих в клетках Сз-растений, для цитозоля клеток мезофилла С4-Растений характерен высокий уровень Pj, что способствует обмену ФЕП и ингибированию [c.394]

Несмотря па противоположную направленность двух центральных процессов растительного оргапизма — фотосинтеза и дыхания и на их рассредоточенность в разных органеллах клетки, между ними существует тесная взаимосвязь. Прежде всего для протекания процесса дыхания нужны органические вещества (субстраты). Такими субстратами в первую очередь являются углеводы, которые у зеленых растений образуются в процессе фотосинтеза. Особенно много сходного в превращеииях между фотосинтетическим циклом Кальвина и реакциями пентозофосфатного пути дыхательного обмена. Как в том, так и в другом случае происходят взаимные превращения сахаров с разной длиной углеродной цепочки (3-, 4-, 5-, 6- и 7-углерод-ных атомов). По видимому, несмотря на различное распределение (компартменталнзацию) этих метаболитов в клетке, между ними су- [c.223]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология