Сера в фотосинтезе

Минеральными удобрениями называют соли, содержащие элементы, необходимые для питания растений и вносимые в почву для получения высоких и устойчивых урожаев. В состав растений входят около 60 химических элементов. Для образования ткани растения, его роста и развития требуются в первую очередь углерод, кислород и водород, образующие основную часть растительной массы, далее азот, фосфор, калий, магний, сера, кальций и железо. Источниками веществ, необходимых для питания растений, служат воздух и почва. Из воздуха растения извлекают основную массу углерода в виде диоксида углерода, усваиваемого путем фотосинтеза, а из почвы — воду и минеральные вещества. Некоторое количество диоксида углерода воспринимается корневой системой растений из почвы. Среди минеральных веществ особенно важны для жизнедеятельности растений азот, фосфор и калий. Эти элементы способствуют обмену веществ в растительных клетках, росту растений и особенно плодов, повышают содержание ценных веществ (крахмала в картофеле, сахара в све-кле, фруктах и ягодах, белка в зерне), повышают морозостойкость и засухоустойчивость растений, а также их стойкость к заболеваниям. При интенсивном земледелии почва истощается, т. е. в ней резко снижается содержание усваиваемых растениями минеральных веществ, в первую очередь растворимых в воде и почвенных кислотах соединений азота, фосфора и калия. Истощение почвы снижает урожайность и качество сельскохозяйственных культур. Уменьшение содержания питательных веществ в почве необходимо постоянно компенсировать внесением удобрений. Ввиду огромных масштабов потребления минеральные удобрения— наиболее крупнотоннажный вид химической продукции, годовое количество которой составляет десятки миллионов тонн. [c.143]

Общая продуктивность фотосинтеза громадна ежегодно растительность Земли связывает 170 млрд тонн углерода. Помимо того растения вовлекают в синтез миллиарды тонн азота, фосфора, серы и других элементов. В результате ежегодно синтезируется около 400 млрд тонн органических веществ. Тем не менее при всей своей грандиозности природный фотосинтез — медленный и малоэффективный процесс, поскольку зеленый лист использует для фотосинтеза всего 1% падающей на него солнечной энергии. [c.608]

В какие положения включится С через несколько секунд после начала фотосинтеза, идущего в присутствии СОа, в следующих молекулах а) 3-фосфоглицерате, б) фруктозо-6-фосфате, в) сери-не, г) оксалоацетате [c.76]

Таким образом, почва состоит из минеральной и органической (гумуса) частей. Минеральная часть составляет от 90 до 99 % и более от всей массы почвы. В ее состав входят почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. Однако основными составляющими минеральной части почв являются связанные в соединения кислород, кремний, алюминий и железо. Эти четыре элемента занимают около 93 % массы минеральной части. Гумус является основным источником питательных веществ для растений. Благодаря жизнедеятельности населяющих почву микроорганизмов происходит минерализация органического вещества с освобождением в доступной для растений форме азота, фосфора, серы и других необходимых для растений химических элементов. Органическое вещество оказывает большое влияние на формирование почв и изменение ее свойств. При разложении органических веществ почвы выделяется углекислый газ, который пополняет приземную часть атмосферы и ассимилируется растениями в процессе фотосинтеза. Однако какой-бы богатой питательными веществами ни была почва, рано или поздно она начинает истощаться. Поэтому для поддержания плодородия в нее необходимо вносить питательные вещества (удобрения) органического или минерального происхождения. Кроме того, что удобрения поставляют растениям питательные вещества, они улучшают физические, физико-механические, химические и биологические свойства почв. Органические удобрения в значительной степени улучшают водно-воздушные и тепловые свойства почв. Способность почвы поглощать пары воды и газообразные вещества из внешней среды является важной характеристикой. Благодаря ей почва задерживает влагу, а также аммиак, образую- [c.115]

Химическая экология атмосферы. Эколого-химические процессы в атмосфере. Аэрозоли и их влияние на окружающую среду. Экологические функции кислорода, азота, серы и их соединений в атмосфере. Озоновый экран и озоновая дыра . Химизм образования фотохимического смога. Оксиды углерода и их роль в фотосинтезе. Химические вещества - загрязнители атмосферы. Парниковый эффект. Кислотные дожди. [c.4]

Как стабильные , так и радиоактивные изотопы широко используются в химических и биологических исследованиях. Введение изотопных меток произвело целую революцию в изучении метаболизма. В одном из первых биологических экспериментов, основанных на использовании стабильного изотопа (регистрируемого масс-спектрометрически), Шен-геймер с сотрудниками в 1937 г. обнаружили неожиданно высокую скорость обновления белков в живых тканях (гл. 14, разд. Б). Используя СО2, Кэлвин и др. впервые проследили путь углерода в процессе фотосинтеза (дополнение 11-А). Аналогичным образом применение изотопов Р и 5 позволило изучить метаболизм фосфора и серы тритий ( Н) нашел широкое применение для мечения разнообразных органических соединений, например тимина. Использование радиоактивных изотопов лежит в основе чувствительных аналитических методов, к числу которых относится радиоиммуноанализ [c.168]

Наибольший ущерб растениям причиняют дисперсные загрязнители, соединения металлов, фтора, оксиды серы и азота. Пылевые и зольные отложения на зеленой массе ограничивают процессы фотосинтеза, а соединения металлов подавляют их и действуют как клеточные яды. Соединения фтора снижают продуктивность леса, вызывая высыхание и гибель деревьев. Оксиды серы и азота повреждают зеленую массу и разлагают хлорофилл. Особенно чувствительны к ним хвойные породы деревьев. Загрязнение воздушной среды оказывает вредное воздействие на флору и через почву, где кислотные дожди уничтожают почвенные бактерии, червей, разлагают гумус, вымывают необходимые растениям элементы. [c.82]

Биосинтез начинается с фотосинтеза [1]. Вся жизнь на Земле зависит от способности некоторых организмов (зеленых растений, водорослей и фотосинтезирующих бактерий), содержащих характерные фотосинтезирующие пигменты, использовать энергию солнечной радиации для синтеза органических молекул из неорганических веществ — диоксида углерода, азота и серы. Продукты фотосинтеза служат затем не только исходными веществами, но и источником химической энергии для всех последующих биосинтетических реакций. Обычно принято описывать фотосинтез только как процесс образования углеводов в некоторых случаях основными продуктами фотосинтеза, действительно, являются исключительно крахмал, целлюлоза и сахароза, однако в других организмах на синтез углеводов идет, быть может, всего лишь третья часть углерода, связываемого и восстанавливаемого в процессе фотосинтеза. При ближайшем рассмотрении оказывается, что нельзя провести четкую границу между образованием продуктов фотосинтеза и другими биосинтетическими реакциями в клетке, в которых могут участвовать промежуточные вещества фотосинтетического цикла восстановления углерода. [c.396]

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]

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]

Сера, образуемая фотосинтезирующими бактериями, аналогична кислороду. Ван Нил, открывший этот процесс, предложил общую формулу для фотосинтеза [c.182]

Окислительно-восстановительные процессы, связанные с превращениями соединения азота и серы, так же как фотосинтез, дыхание и метановая ферментация, влияют на pH вследствие образования кислотных или щелочных продуктов микробиологического метаболизма и последующей их реакции с окру- [c.315]

Необходимую для жизнедеятельности энергию они получают или при фотосинтезе (усвоение углекислоты зелеными растениями и пурпурными серными бактериями), или хемосинтезе — путем окисления аммония, серы, нитритов, солей железа (П) и т. д. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии, бесцвет пые серные бактерии и тионовокислые. [c.255]

С термодинамической точки зрения фотохимические реакции можно разделить на два класса. Один класс объединяет реакции, которые в данных условиях термодинамически (самопроиз вольно) проходить неспособны, для их протекания необходима затрата энергии, которая передается в виде световой энергии. Важнейшим примером такого процесса является фотосинтез осуществляемый растениями. Он состоит из серии реакций, которые в сумме описываются уравнением синтеза углеводов иа диоксида углерода и воды [c.47]

Что касается природных соединений неметаллов, то здесь соблюдаются те же общие принципы. Наиболее активные неметаллы — галогены — встречаются в природе исключительно в виде соединений главным образом со щелочными металлами. Кислород и сера — также активные минералообразователи и ассоциированы преимущественно с переходными металлами. Кислород, кроме того, образует многочисленные силикаты и алюмосиликаты, а сера — сульфаты. Хотя эти два элемента встречаются в природе и в свободном состоянии (атмосферный кислород, озонный слой в стратосфере, самородная сера), но это обусловлено вторичными процессами, связанными преимущественно с фотосинтезом растений и вулканической деятельностью. [c.42]

Наконец, в морской воде зародились впервые вирусы, бактерии, простейшие одноклеточные водоросли и дрожжевые грибки началось развитие анаэробного брожения запасенных в результате абиогенного фотосинтеза органических молекул затем начали появляться живые клетки, использующие для своей жизни энергию окисления органических молекул за счет кислорода сульфатов, превращаемых в сульфиды начали все более развиваться разнообразные живые автотрофы, получающие энергию от окисления сероводорода (с выделением свободной серы) или от окисле1шя железа (И) до железа (И1). [c.376]

Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем перимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а энергшо получают за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и Др.). [c.100]

Подробнее остановимся на свойствах цитохрома Р-450 (цитохром типа Ь). Он выделяется в лаборатории из клеток печени, коры надпочечников, бактерий и др. Ферментная система цитохрома Р-450, гидроксилирующая связи С-Н субстратов, содержит три компоненты. Первая - это ассоциат из НАДФ (см. XVI), из цитохрома Р-450 вторая - цитохром Р-450 и третья - это фосфолипиды. Исследователи наиболее глубоко проникли в структуру, функции и механизм действия этой ферментной системы. Однако вопросы механизма активации молекулы О2 этим ферментом не решены. Известно, что при функционировании Р-450 происходит экстракоординация фазу двух лигандов -атома S цистеинового остатка белка и О2. Следует учесть то, что атом серы в тиоспиртах и тиоэфирах является слабым экстралигандом даже для атома железа, имеющего достаточное сродство к S и образующего сульфиды с низким значением произведения растворимости. В отличие от имидазола, атом S, подобно гемоглобину, не обеспечивает прочного связывания О2. Поэтому механизм окислительного воздействия О2 должен быть связан с изменением окислительного состояния железа в цитохроме. На рис. 5.4 приведен каталитический цикл цитохрома Р-450. Координационные взаимодействия на атоме железа (экстракоординация) выступают здесь также четко, как в фотосинтезе и фиксации-переносе О2. [c.290]

Примером фотохимических реакций является фотосинтез, осуществляемый под действием солнца в биосфере Земли. Огромный интерес представляет перспектива осуществления фотосинтеза в промышленных масштабах. До сих пор 957о всех химических процессов инициируются тепловой энергией, т. е. нагревом. Возникает вопрос можно ли его заменить фотохимическим воздействием Расчеты показывают, что поглощение квантов света в ультрафиолетовой части спектра повышает энергию молекул до такой величины, которая эквивалентна нагреванию реакционной смеси до температур десятка тысяч градусов. Первым фотохимическим процессом, осуществленным в промышленности около 40 лет назад, был процесс сульфохлорирования. Сущность процесса заключается в том, что при действии хлора и оксида серы (IV) на ациклические углеводороды под влиянием светового излучения при комнатной температуре происходит реакция образования сульфохло-ридов иЗОгС (мерсолы) [c.91]

Считают, что первые организмы были анаэробные гетеротро-фы — бродильшики они потребляли органические вешества, синтезированные абиогенным путем. Когда запас этих вешеств бьш исчерпан, появились первые автотрофы. Они черпали энергию для жизни, расшепляя НзЗ, выделяя при этом серу, — окси-генный фотосинтез, или анаэробный хемосинтез, затем они научились потреблять водород, расщепляя воду и выделяя кислород — о/ссигенный фотосинтез. Формирование ОВ протекало согласно реакциям [c.106]

Общая схема фотосинтеза цианобактерий представляет собой определенную серию реакций, включающую две последовательно действующие фотореакции (рис. 75, В). Свет, поглощаемый фоторецепторами фотосистемы II — фикобилипротеинами, хлорофиллом а, каротиноидами, — передается на хлорофилл реакционного центра. Поглощение кванта света этим пигментом приводит к отрыву от него электрона и акцептированию молекулой особой формы пластохинона. Окисленная молекула Пб о восстанавливается за счет электронов воды, подвергающейся фотоокислению в реакционных центрах фотосистемы II [c.288]

Электрон от акцептора фотосистемы II проходит через цепь переносчиков и поступает в реакционный центр фотосистемы I, на фотоокисленную форму хлорофилла а — пигмент Пуоо ( о=+500 мВ), заполняя электронную вакансию аналогично тому, как это происходит при фотосинтезе зеленых серобактерий. Перенос электронов от акцептора электронов фотосистемы II до реакционного центра фотосистемы I — темновой процесс, состоящий из серии этапов, в которых участвуют переносчики с понижающимися восстановительными потенциалами, такие как цитохромы разного типа, пластоцианин (медьсодержащий белок), пластохинон. Электронный транспорт на этом участке на определенных этапах сопровождается ориентированным поперек мембраны переносом протонов и, следовательно, генерированием Дрн+> разрядка которого с помощью протонной АТФ-синтазы приводит к синтезу АТФ. [c.288]

В течение длительного времени зеленые бактерии принимали за зеленые или сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Начало их изучения как бактерий связано с именами С. Н. Виноградского и К. ван Ниля. Эта небольшая группа эубактерий, осушествляющих фотосинтез бескислородного типа, разделена на две подгруппы. Зеленые серобактерии — строгие анаэробы и облигатные фототрофы, способные расти на среде с Н28 или молекулярной серой в качестве единственного донора электронов при окислении сульфида до молекулярной серы последняя всегда откладывается вне клетки. [c.302]

У цианобактерий обнаружена способность к бескислородному фотосинтезу, связанная с отключением II фотосистемы при сохранении активности I фотосистемы (см. рис. 75, В). В этих условиях у них возникает потребность в иных, чем Н2О, экзогенных донорах электронов. В качестве последних цианобактерии могут использовать некоторые восстановленные соединения серы (H2S, НагЗгОз), Н2, ряд органических соединений (сахара, кислоты). Так как поток электронов между двумя фотосистемами прерывается, синтез АТФ сопряжен только с циклическим электронным транспортом, связанным с I фотосистемой. Способность к бескислородному фотосинтезу обнаружена у многих цианобактерий из разных групп, но активность фиксации СО2 за счет этого процесса низка, составляя, как правило, несколько процентов от скорости ассимиляции СО2 в условиях функционирования обеих фотосистем. Только некоторые цианобактерии могут расти за счет бескислородного фотосинтеза, например Os illatoria limneti a, вьще-ленная из озера с высоким содержанием сероводорода. Способность цианобактерий переключаться при изменении условий с одного типа фотосинтеза на другой служит иллюстрацией гибкости их светового метаболизма, имеющей важное экологическое значение. [c.314]

О. limneti a, осуществляющая активный фотосинтез бескислородного типа, оказалась также способной в темноте в анаэробных условиях при наличии в среде серы осуществлять перенос элект- [c.314]

Способы получения архебактериями энергии включает бес-хлорофилльный фотосинтез, брожение, аэробное и анаэробное дыхание, при котором конечными акцепторами электронов могут быть СО2 и другие С,-соединения, молекулярная сера, N0 , Ре " и Мо . У организмов, получающих энергию с использованием электронного транспорта, в качестве электронпереносящих компонентов обнаружены ферредоксины, хиноны, цитохромы. Электронный транспорт сопряжен с трансмембранным переносом протонов. Механизм окислительного фосфорвдирования архебактерий соответствует хемиосмотическому принципу и сходен с аналогичным механизмом эубактерий и митохондрий. В то же время следует подчеркнуть, что архебактериям свойственны типы энергетического метаболизма, не встречающиеся у эубактерий и эукариот. Это бесхлорофилльный фотосинтез и особый тип анаэробного дыхания, в процессе которого происходит образование метана. [c.415]

В настоящее время, на основании экспрессии соответствующих генов в рДНК удалось внедрить в производство штаммы бактерий и дрожжей, продуцирующие инсулин, соматотропин, интерфероны, интерлейкины и т д Получены штаммы — суперпродуценты некоторых веществ, выведены бактерии, способные очищать каменный уголь от серы и превращать его в жидкое и газообразное топливо Применительно к фитобиотехнологии удалось создать растения повышенной кормовой и питательной ценности, с возросшей активностью фотосинтеза и азотофиксации, резистентные к некоторым микробам — фитопатогенам и др [c.209]

В целом при фотосинтезе (лСОг- [СН20] ) фотосинтезирующими бактериями при использовании в качестве источника Н соединения серы возможны следующие пути окисления ее. [c.183]

По способу питания микробы подразделяют на три группы аутотроф-ные, которые необходимую для жизнедеятельности энергию получают при фотосинтезе (усвоение углекислоты) или хемосинтезе (окисление серы, аммония, нитритов, железа (II) и др.) гетеротрофные (сапрофиты), требующие для построения своего организма готовых органических веществ (гнилостные микробы, плесневые грибки дрожжи, актиномицеты) паратрофные (паразиты), нуждающиеся в живом белке (все болезнетворные микробы). [c.185]

Синезеленые водоросли способны использовать различные источники-энергии для своего развития (фотосинтез, фоторедукцию, хемосинтез, гетеротрофную и фотогетеротрофную ассимиляцию органических веществ). Поэтому они способны заселять различные биотопы — поверхность, толщу воды, иловые отложения, аэробные, анаэробные участки водохранилищ — и выживать там, где погибают другие хлорофиллсодержащие организмы. Синезеленые водоросли потребляют незначительное количество фосфора для своего развития. С уменьшением его в окружающей среде в клетке аккумулируется органическая сера. Благоприятные факторы внешней среды, а также особенности метаболизма этих водорослей способствуют массовому их. размножению, цикл которого регулярно повторяется. В период актнвиого- [c.189]

Вопросы применения хроматографии в биологии освещены в монографии [3]. К наиболее ранним работам, выполненным автором и сотрудниками в области применения хроматографии в биологических исследованиях, относятся исследования по разработке методов разделения сахаров [128—130]. Разработанные методики использованы для анализа сахаров растений [131]. Однако основное внимание было уделено применению радиохроматографических методик в исследовании био-сиптотпческих процессов в растениях [132—134]. Серия работ посвящена применению радиохроматографического метода в исследовании продуктов фотосинтеза растений. [c.84]

Следует указать на следующие близкие реакции фотохимическая димеризация тиофос.г-ена (стр. 65) и тионафтен-1,1-диоксида (стр. 64), фотолиз ароматических дисульфидов фотосинтезы циклических эфиров серной кислоты присоединением двуокиси серы к о-хинонам (стр. 166),фотохимическое дегидрирование 1,2-дисульфидов (стр. 205) фотолиз монодиазокетонов с открытой цепью в присутствии этилмеркаптана (см. стр, 413). [c.345]

Как уже говорилось во введении к этой книге, основы химической экологии были заложены еще Лавуазье. Круговорот веществ на нашей планете, их переход из минерального царства в царство живой природы и обратно осуществляется благодаря процессам сгорания и гниения. Эти процессы — основные факторы возобновления неорганической материи. Представление о кругообороте элементов — углерода, азота, серы, фосфора и других — целиком возникло из наблюдений, показывающих непрерывность их поступления в биосферу и выхода из нее и непрерывность обмена элементами между различными частями биосферы. Во всех этих процессах первостепенную роль играет Мировой океан. Центральным моментом в круговороте углерода является автоматическое поддержание концентрации углекислого газа в атмосфере на определенном уровне. Это постоянство обеспечивается буферной системой карбонат кальция — бикарбонат кальция — углекислый газ. Углекислый газ извлекается из атмосферы в процессе фотосинтеза и возврашд-ется в нее в процессе дыхания. Но и здесь решающая роль принадлежит Мировому океану фотосинтез с участием водорослей и водных растений примерно в 8 раз интенсив- [c.147]

По современным представлениям (Бассем, Калвин, 1961), основное количество углекислоты, поглош аемой растением в процессе фотосинтеза, поступает в цикл восстановления углерода путем присоединения к молекуле рибулезодифосфата. Дополнительное количество углекислоты усваивается путем карбоксилирования в цикле трикарбоновых кислот. Таким образом, усваиваемый растениями углерод внедряется прежде всего в состав продуктов углеводного обмена (сахара и их фосфорные эфиры, нуклеотиды типа уридиндифосфата глюкозы), некоторых органических кислот (входящих в цикл трикарбоновых кислот) и аминокислот (серии, аланин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты), а также аце-тил-кофермента А. В то же время Ничипорович и сотрудники (см. Ничипорович, 1962) обращают внимание на разнообразие продуктов фотосинтеза в зависимости от спектрального состава света и других условий. [c.108]