Фотосинтез системы реакций

Окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в природе и технике. В качестве примеров окислительно-восстано-вительных процессов, протекающих в природных биологических системах, можно привести реакцию фотосинтеза у растений и процессы дыхания у животных и человека. Процессы горения топлива, протекающие в топках парогенераторов тепловых электростанций и в двигателях внутреннего сгорания, являются примером окислительновосстановительных реакций. [c.182]

Фиг. 31. Фотосинтез по системе реакций (9.12).

Нетрудно видеть, что перенос макроэргических связей обеспечивает энергетическое сопряжение реакций и делает возможным использование одного или немногих ве- ществ для энергетического питания целой системы реакций. Понятно, что для обеспечения развитой кодированной формы управления потоком энергии лучше всего все порции энергии, получаемые извне, запасать в виде энергии макроэргических связей, а затем извлекать энергию по мере надобности и в той форме, в какой она будет нужна. В действительности нет необходимости всю энергию запасать именно в молекулах АТФ. Вполне достаточно иметь запас какого-либо вещества, которое, легко взаимодействуя с АДФ, может обеспечить быстрое образование активных и мобильных молекул АТФ тогда, когда потребуется произвести какую-либо работу. Так оно на самом деле и происходит. В процессе фотосинтеза, например, молекулы АТФ играют важную роль, улавливая энергию возбужденных светом электронов и направляя ее на синтез углеводов, но запасается в клетках не АТФ, а крахмал, который и служит для сохранения больших количеств энергии. [c.148]

Система транспорта электронов участвует в двух световых реакциях, обозначенных на схеме фотосинтеза системой II и системой I, которые различаются по величине восстановительного потенциала [c.57]

Фотореакции. Фотореакции относятся к первичным процессам любого фотосинтеза. Местом, где протекают эти фотохимические окислительно-восстановительные реакции, являются реакционные центры. Реакционный центр состоит из ряда компонентов, наиболее важные из которых первичный донор электронов (особый комплекс из хлорофилла и белка) и первичный акцептор электронов. Эти два компонента представляют собой окислительно-восстановительные системы. Система донора (Р/Р" ) обладает положительным, а система акцептора (Х/Х )-отрицательным потенциалом. Под воздействием энергии света происходит перенос одного электрона [c.385]

Описанные выше реакции окисления кислородом, сенсибилизованные пигментами, термодинамически могут идти и самопроизвольно, так как сопровождаются уменьшением свободной энергии. Принципиально важнее те фотохимические реакции, которые подобно фотосинтезу приводят к увеличению свободной энергии системы, — реакции, которые запасают энергию. С этой точки зрения суш,ественны наши опыты, в которых на модельных пока объектах осуществлен перенос атома водорода к акцептору, уровень восстановительного потенциала которого лежит у более высоких значений, чем для донора водорода (см. схему на стр. 372). [c.371]

Модель качества воды (WQ-модуль) связана с AD-модулем и описывает процессы химических реакций в многокомпонентных системах, включая разложение органических веществ, фотосинтез и дыхание водных растений, нитрификацию и обмен кислородом с атмосферой. Баланс масс вовлеченных компонент рассчитывается для всех точек методом рациональной экстраполяции в интегрированной двухшаговой процедуре с AD-модулем. [c.310]

Окислительно-восстановительные реакции имеют очень большое значение в биологических системах. Фотосинтез, дыхание, [c.265]

Роль триплетных состояний в фотохимических реакциях. Из сказанного выше можно ожидать, что триплетное состояние будет иметь важное значение в фотохимических реакциях различных типов. Время жизни триплетного состояния обычно порядка 10 сек и, значит, на несколько порядков больше, чем время жизни возбужденных синглетных состояний ( 10 сек). Триплетные состояния химически обычно ведут себя так же, как и бирадикалы, так что можно ожидать для них высокой реакционной способности. Реакции могут сильно отличаться от реакций синглетного состояния фотоокисление антрацена является характерным примером этого (см. ниже). Как видно из предыдущего, энергия может с высокой эффективностью передаваться молекулам в синглетном состоянии это значит, что триплетное состояние может быть важным в биологических системах, подвергаемых облучению, и, в частности, в фотосинтезе (стр. 124). Ниже приведено несколько примеров фотохимических реакций, в которых участвует триплетное состояние. [c.123]

Окислительно-восстановительные реакции имеют большое значение в биохимических системах. Процесс фотосинтеза приводит к тому, что углеродный атом из состояния окисления —4 восстанавливается до степени окисления, равной нулю в углеводах. Углеводы используются далее для построения всех биоорганических веществ, при этом существенной тенденцией этого процесса оказывается стремление к окислительно-восстановительному диспро-порционированию. [c.217]

Оказалось, что главной трудностью при разработке молекулярных каталитических систем для осуществления реакции (1) является необходимость подавления обратной реакции рекомбинации D++A- D + A, которая, будучи простым и сильно экзотермическим процессом, обычно протекает намного быстрее, чем сложные каталитические реакции (2) и (3). Рекомбинацию эту удается подавить, осуществляя реакцию (1) в молекулярных структурно организованных системах типа липидных везикул, в которых частицы D и А [а значит, и образующиеся в ходе реакции (1) частицы D+ и А ] пространственно разобщены. Интересно, что именно таким способом достигается высокая эффективность разделения зарядов и в природном фотосинтезе. [c.262]

Изучение физической и коллоидной химии дает возможность получить более глубокие знания об окружающем мире и, в частности, позволяет на более высоком уровне решать проблемы, связанные с развитием научных основ ведения сельского хозяйства. Физико-химический подход позволяет понимать процессы, идущие в такой сложной системе, как почва, улучшать производство новых удобрений, внедрять более эффективные методы разработки и вводить химические средства борьбы с вредителями и болезнями растений. Исследования фотохимических реакций, столь блестяще начатые К- А. Тимирязевым, позволяют глубже понять сущность сложных процессов фотосинтеза. Исследование почвенных коллоидов — необходимое условие повышения плодородия. [c.7]

Важнейшее значение для ряда жизненных процессов имеют тс-электронные сопряженные системы порфириновых соединений -производных порфирина [4]. Порфириновые комплексы играют роль первичных факторов фотосинтеза, ко-ферментов и ферментов, участвуют в процессах дыхания и переносе кислорода. Среди огромного числа фундаментальных биохимических и биофизических процессов, ответственных за создание энергетических запасов в живом организме, много таких реакций, которые протекают самопроизвольно при участии ферментных катализаторов - металлопорфириновых комплексов. Эти соединения, находясь в организме, испытывают со стороны окружения влияние, подобное тому, которое возникает при их растворении [c.6]

В биологических системах потеря избытка энергии в результате процессов, не сопровождающихся испусканием излучения, имеет особое значение. Избыток энергии может быть перенесен как от молекул в синглетном возбужденном состоянии 5[, так и от молекул в более долгоживущем триплетном состоянии Тх на другие близко расположенные молекулы и может использоваться для осуществления химических реакций. Именно такие процессы, не сопровождающиеся излучением или испусканием света, обусловливают превращение поглощенного света в химическую энергию при фотосинтезе, а также множество других важных реакций в биологических тканях (гл. 9—11). [c.24]

Если световые реакции, определяемые ФС1 и ФСП, происходят последовательно, то можно установить спектр поглощения каждой системы, измерив спектры действия фотосинтеза при сильном, но не насыщающем воздействии светом, поглощаемым другой системой. Скорость общей реакции при этом определяется лимитирующим процессом. Если избыточный свет поглощается ФС1, то скорость реакции и спектр действия лимитируются ФСП, [c.452]

Все живые организмы находятся под воздействием разных видов излучения. Эффекты, вызываемые облучением живых организмов, зависят от длины волны излучения и его дозы, т.е. от энергии и количества поглощенных квантов (рис. 35). Излучение в области длин волн от 300 до 1100 нм, приходящееся в основном на видимый свет, обеспечивает возможность осуществления упорядоченных реакций при поглощении его подходящими для этого системами. В организмах излучение в этом диапазоне индуцирует такие процессы, как фотосинтез, фототаксис, фотореактивацию ДНК, синтез некоторых макромолекул. Для излучений с длиной волны больше 1100 нм к настоящему времени не зарегистрировано каких-либо биологических эффектов. Основное действие ИК-излучения — ускорение движения молекул (нагревание). Действие коротковолнового излучения на организмы приводит к возникновению мутаций или вызывает смертельный (летальный) исход из-за необычайно высокой фотохимической активности этого вида излучения, приводящего к модификации или разрушению поглотивших его органических молекул. [c.130]

Необходимая для фотосинтеза энергия на две трети обеспечивается излучением в красной и ближней инфракрасной области солнечного спектра. Разгадка того, как столь низкоэнергетические фотоны вызывают фотохимические превращения — ключевая задача, решение которой необходимо для понимания и воспроизводства фотосинтеза. Согласно современной трактовке, энергия одного фотона в ближней инфракрасной области инициирует серию реакций с переносом электрона (ряд окислительно-восстановительных стадий). В каждой из них используется некоторая часть поглощенной энергии, остаток которой аккумулируется при синтезе аденозинтрифосфата (АТФ). Теперь система готова к поглощению еще одного фотона, приводящему к образованию еще одной порции АТФ, и начинает восстанавливать атмосферный СО2. На этой стадии в системе образуется сырой продукт, который перерабатывается клеточными фабриками в высокоэнергетические углеводороды. Работа клеточных фабрик осуществляется благодаря солнечной энергии, запасенной в АТФ. [c.71]

Основная задача, которую ставили перед собой авторы книги, по существу решена — мы рассмотрели все те вопросы, которые считали важными. Однако нам представляется интересным показать, как, используя рассмотренные нами простые реакции, можно осуществить чрезвычайно важные процессы, которые могут дать определенный экономический эффект. Мы должны также помнить, что ионы металлов входят во многие биологические системы и активный центр такой системы можно рассматривать как металлокомплекс. Термин реакции координированных лигандов можно применить к реакциям, протекающим в системах, играющих важную роль во многих процессах, таких, например, как перенос кислорода (гемоглобин включает комплекс железа с макроциклическими тетрадентатными лигандами, в котором атомами-донорами служат атомы азота), фотосинтез (хлорофилл — магниевый комплекс другого макроциклического тетраден-татного лиганда, роль атома-донора в нем также выполняет азот) и многие ферментативные процессы. [c.245]

Окислительно-восстановительные реакции имеют очень большое значение в биологических системах. Фотосинтез, дыхание, пищеварение — все эхо цепи окислительно-восстановительных реакций. В техвшке значение окислительновосстановительных реакций также очень велико. Так, вся металлургическая про.мышленность основана на окислительно-восстановительных процессах, в ходе которых металлы выделяются из природных соединений. [c.262]

Система тилакоидных мембран хлоропласта превраш,а-ет энергию света в форму, которая может быть использована для осушествления химических реакций. Целиком процесс фотосинтеза был схематически представлен на рис. 10.1. В приводимом ниже обсуждении фотосинтеза рассматриваются три стадии. Первая стадия представляет собой световую реакцию — первичный процесс, с помош,ью которого энергия света поглощается светособирающими пигментами и переносится на фотохимические реакционные центры. На второй стадии поглощенная энергия света используется для осуществления транспорта электронов от воды до NADP+. В ходе электронного транспорта устанавливается градиент заряда, или концентрации протонов, через функциональные везикулы мембраны. Третья стадия представляет собой путь, по которому NADPH, образованный электронтранспортной системой, и АТР, генерируемый за счет различий электрохимического потенциала протонного градиента, используются для фиксации СО2 и синтеза углеводов. Хотя в целях упрощения процесс фотосинтеза разбит на три стадии, необходимо помнить, что поглощение света, транспорт электронов и генерация электрохимического градиента в действительности очень тесно сопряжены. [c.333]

Можно назвать много биохимических реакций, приводящих к его возникновению. Супероксидные анионы генерируются при взаимодействии с молекулами О2 различных компонентов (восстановленные флавины, хиноны, тиолы, Ре5-белки), а также в реакциях, катализируемых рядом флавопротеиновых ферментов. Наконец, в процессе фотосинтеза имеет место поток электронов. Больщинство реакций фотосинтеза — это реакции одноэлектронного переноса. Поэтому в системе часто возникают супероксидные анионы. Помимо реакций биологической природы О могут [c.330]

В книге изложены представления о переносе электронов и трансформации энергии в биомембранах, биофизике сократительных систем и процессах рецепции. Подробно представлен материал о биофизике фотобиологических процессов. Описаны первичные процессы фотосинтеза и другие биологические процессы в биологических системах трансформация энергии и электронно-конформационные взаимодействия в первичных процессах фотосинтеза фотохимические реакции бактериородопсина и родопсина фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы. [c.4]

Хотя большинство биологических источников образования остается пока неизвестным, ул<е сейчас можно назвать много биохимических реакций, приводящих к его возникновению. Супероксидные анионы генерируются при взаимодействии с молекулами О2 различных клеточных компонентов (восстановленные флавины, хиноны, тио-лы, РеЗ-белки), а также в реакциях, катализируемых ксантиноксида-зой, альдегидоксидазой, дигидрооротатдегидрогеназой и рядом других флавопротеидных ферментов. Наконец, в процессе фотосинтеза имеет место поток электронов. Большинство реакций фотосинтеза — это реакции одноэлектронного переноса. Поэтому в системе часто возника-т супероксидные анионы. Помимо реакций биологической природы 0 могут возникать вне клетки в водных растворах при воздействии на них ультразвуком, в результате фотохимических, химических и электрохимических процессов. [c.296]

В общем-то неудивительно, что механизм образования АТФ тгри дыхании л фотосинтезе вначале стремились объяснить по аналогии с уже изученными к тому времени брожением и гликолизом. Казалось, замени бродильный фермент на дыхателъньй или фотосинтетиче-ский, и та же система реакций будет образовывать АТФ за счет световых квантов или питательных веществ, сжигаемых кислор-одом. [c.37]

Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно важны. Это и процессы горения, и голучение различных веществ (в частности, металлов и кислот), это и электрохимические процессы, дыхание, фотосинтез, работа нервной системы и т. д. [c.91]

Окислительно-восстановительные реакции играют в химии чрезвычайно важную роль. Это — 1роцес сы горения, получения металлов и кислот, коррозии металлов и дыхания, фотосинтеза, райоты нервр ОЙ системы и т. д. [c.81]

Окислительно-восстановительные реакции играют в химии чрезвычайно важную роль, о процессы горе ния, получения металлов и кислот, коррозии металлов дыхания, фотосинтеза, работы нервной системы и т, д Окислительно-восстановительные свойства элемен тов и их соединений мон<но предсказать, пользуясь пе рио,дической системой элементов Д. И. Менделеева. Ти личными восстановителями (донорами элект ронов) являются а) простые Беш,ества, атомы которых обладают наименьшей электроотрицательностью (эле- [c.99]

Большая ароматическая молекула порфиринов имеет несколько близко-лежащих заполненных и вакантных МО, способных одинаково легко приобретать и терять 71-электроны, превращаясь в анион-радикальные, анионные, катион-радикальные и катионные окислительно-восстановительные (ре-докс) формы. В связи с тем, что этот процесс может иметь место при фотосинтезе в зеленом листе растений, в дыхательных биологических системах (с участием цитохромов, каталаз и пироксидаз) человека, животных и растщий, а также в техническом катализе окислительно-восстановительных реакций с участием металлопорфиринов, его познание имеет громадное научное значение. [c.309]

Для реализации биосинтеза и метаболизма необходима энергия, запасаемая в клетках в химической форме, главным образом в экзергонических третьей и второй фосфатной связи АТФ. Соответственно метаболические биоэнергетические процессы имеют своим результатом зарядку аккумулятора — синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Это происходит в процессах дыхания и фотосинтеза. Современные организмы несут память об эволюции, начавшейся около 3,5 10 лет назад. Имеются веские основания считать, что жизнь на Земле возникла в отсутствие свободного кислорода (см. 17.2). Метаболические процессы, протекающие при участии кислорода (прежде всего окислительное фосфорилирование при дыхании), относительно немногочисленны и эволюционно являются более поздними, чем анаэробные процессы. В отсутствие кислорода невозможно полное сгорание (окисление) органических молекул пищевых веществ. Тем не менее, как это показывают свойства ныне существующих анаэробных клеток, и в них необходимая для жизни энергия получается в ходе окислительно-восстановительных процессов. В аэробных системах конечным акцептором (т. е. окислителем) водорода служит Ог, в анаэробных — другие вещества. Окисление без Oj реализуется в двух путях брожения — в гликолизе и в спиртовом брожении. Гликолиз состоит в многостадийном расщеплении гексоз (например, глюкозы) вплоть до двух молекул пирувата (пировиноградной кислоты), содержащих по три атома углерода. На этом, пути две молекулы НАД восстанавливаются до НАД.Н и две молекулы АДФ фосфоршгируются— получаются две молекулы АТФ. Вследствие обратной реакции [c.52]

Для исследования процессов образования полисахаридов большое значение имеет использование меченых соединений, например Oq, меченых сахаров и их производных. Предполагается, что биосинтезирующая система растений не различает соединений, содержащих С и С, и в обоих случаях реакции протекают одинаково, Включение СОз в состав воздуха, окружающего растущее растение, и анализ образцов, собранных через определенное время после начала эксперимента, позволили сделать ряд интересных выводов. За очень короткие промежутки времени в процессе фотосинтеза образуется большое количество меченых соединений. Тем не менее у большинства растений основная масса С уже в первые минуты концентрируется в углеводах. Когда в питательную среду вводится радиоактивная глюкоза, радиоактивность прежде всего обнаруживается в полисахаридах и только потом — в иротеинах, липидах и других полимерах. Если учесть, что глюкоза и ее соединения являются исходным веществом для синтеза большинства биополимеров, то можно полагать, что путь иревра- [c.24]

Основные научные работы посвящены исследованию сверхбыстрых химических реакций импульсными методами. Совместно с Р. Дж. Р. Норришем соацал (1950) первую установку импульсного фотолиза. Ими впервые были получены спектры поглощения многих простых свободных радикалов, изучен механизм их превращений, показано существование быстрых рекомбинационных процессов. Им удалось зарегистрировать спектральную картину развития реакции хлора с кислородом, инициируемую световым импульсом. Исследовал быстрые реакции в кондеч-сированной фазе. Предложил метод определения абсолютного квантового выхода триплетных состояний. Разработанные им приемы изучения деградации энергии триплетных молекул позволили представить детальную картину быстрых процессов, следующих за фотовозбуждением. Установил основные кинетические закономерности реакций переноса электрона и атома водорода. Определил константы кислотно-основного равновесия для синглетных и триплег-ных состояний ароматических молекул нашел связь между константами скорости реакций и природой возбужденного состояния. Исследовал механизм первичных фотохимических реакций на модельных системах фотосинтеза. Одним из первых создал установки импульсного лазерного фотолиза. [c.404]

Все эти проведенные in vitro исследования показывают, что фотосинтез углеводов в растениях является сложным процессом, в котором, кроме системы специфических сенсибилизаторов фотохимических реакций, участвуют также и ферментативные системы катаболизма углеводов в процессе дыхания. [c.262]

В вышеприведенных уравнениях экзер топическая реакция, в которой водород переносится от АНг к В, сопряжена с эндергони-ческим фосфорилированием АДФ в АТФ. Хотя в биологических системах, как подчеркивал Сент-Дьёрди [29], может происходить перенос энергии возбуждения, единственная в настоящее время хорошо известная реакция такого типа наблюдается при фотосинтезе. Во всех других случаях сопряжения энергии одна реакция способствует протеканию другой благодаря наличию промежуточного продукта, общего для обеих реакций. Природа общего промежуточного продукта, не входящего в уравнения (5.1)—(5.3), рассмотрена ниже. [c.240]

Ясно, что продуктом карбоксилирования в изолированных ферментных системах и при темновой реакции in vitro являются 2 молекулы ФГК- Имеются, однако, некоторые сомнения относительно точной характеристики продуктов, образующихся в процессе фотосинтеза in vivo. Кинетические данные можно интерпретировать в том смысле, что 2 молекулы ФГК ведут себя по-разному. Возможно, что in vivo на свету происходит восстановительное карбоксилирование с образованием 1 молекулы ФГК (содержащей основную часть только что фиксированного углерода) и 1 молекулы триозофосфата [5]. [c.277]

Для практических целей может оказаться необходимым отделить активируемую светом стадию фотосинтеза, на которой образуется кислород, от стадии темновых реакций, где выделяется водород. Одностадийная система будет продуцировать смесь кислорода и водорода, и их улавливание и разделение со всей площади коллектора солнечной энергии могут оказаться невыполнимыми. Но можно представить себе И двухстадийный процесс, на первом этапе которого будет функционировать фотока-талитич ская система, в которой образуются неокисляемый пе- реносчвд1 и кислород. Кислород можно улавливать, а образовавши] " переносчик водорода будет использоваться на второй стадий когда осуществляется темновая реакция образования водо-родк Вслед за этим переносчик направляется обратно в первый отсек установки, восстанавливается там в ходе световой реакции и может использоваться для повторного цикла реакций. [c.81]

Вероятно, в химический состав Юпитера и Сатурна, в отличие от земного шара, входит относительно мало кисло-Сг о РОД и относительно- много азота, а. в этих условиях — в молекулы отсутствии конкуренции с кислородом и при наличии водо-ННз рода, как явствует из термодинамического анализа реакции синтеза аммиака (см. далее), весь азот практически, по мере остывания планеты, должен был бы обратиться в аМми к. Таким образом, достаточно лишь одного изменения количественного соотношения элементов в составе планеты N вместо 03>М (как на Вемле), чтобы произошло качественное изменение всей химии. Отнесение азота в условиях подобной планеты к химически-недеятельяым элементам было бы совершенным абсурдом, так как при достаточно высоком содержании электроположительных элементов весь азот (если только не существует какого-либо специального, освобождающего азот процесса, подобного фотосинтезу) входил бы в состав планеты исключительно в виде соединений. Океаны вместо воды были бы заполнены жидким аммиаком, а горные породы состояли бы из простых и сложных нитридов. В частности, ту роль, которую играет в построении земной коры карбонат кальция, играл бы его аналог в системе соединений азота — илйнамид кальция (см. сто. 311) как вещество, весьма экзотермическое и чрезвычайно устойчивое в условиях отсутствия кислорода и воды, а горные породы были бы переполнены вместо зерен кварца твердыми зернами нитрида кремния (соединение резко экзотермично), [c.310]

Дискутируется вопрос о месте первого в электрон-транспорт-ной системе фотосинтеза и о месте второго в электрон-транспорт-ной системе дыхания. Как видно из опытов, эти вещества по функциональным группам идентичны п-бензохинону, образующемуся в результате окисления гидрохинона. Не исключено, что гидрохинон в цитохромоксидазной системе и и-бензохинон в реакции Хилла действуют как аналоги естественных веществ. Выше были указаны примеры, когда при применении в системах вместо простых фенолов более сложных фенольных веществ из растений получались аналогичные результаты. Все это свидетельствует о том, что опыты с простыми экзогенными веществами приносят пользу в деле познания окислительно-восстановительных процессов црирод-ных фенольных веществ в организмах. Возникает вопрос, в чем конкретно состоит биологическое значение рассмотренных здесь систем. Еще в начале нашего века Палладии [26] высказал предположение, что фенольные вещества в растениях выполняют функции переноса водорода с субстратов дыхания на молед улярный кислород. Изложенные здесь факты являются экспериментальным подтверждением этого предположения. Обнаружено, в том числе и нами [2], что полифенолоксидаза концентрируется в наружных частях растений. Так как растения дышат поверхностью, то не исключено, что система полифенолоксидаза — фенольное вещество выполняет важную роль в питании растений кислородом. Как сле- [c.144]