Фотосинтез свободная энергия

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]

Особенно удивительным следует считать то, что передача аденозинтри-фосфатом свободной (способной произвести химическую работу) энергии оказывается возможной не для протекания вполне определенных специальных (специфически обусловленных набором случайностей) химических реакций, а совершается как-то универсально АТФ является действенным источником свободной энергии для очень большого набора разнообразных химических процессов, делая осуществимыми многие самые трудные и важные для жизни химические превращения к этому списку реакций можно причислить и процессы дыхания, и фотосинтез, и сокращение мышц, и синтез белков, а также нуклеиновых кислот с их наследственной информацией и т. п. [c.330]

Фотосинтез — единственный из всех типов химических реакций (терм ических, каталитических, ферментативных, радиационных и фо— тохимических), позволяющий при мягких термобарических параметрах б o фepы осуществить невероятную, с точки зрения термодинамики химическую реакцию, протекающую с увеличением свободной энергии. Он обеспечивает прямо или косвенно доступной химической энергией все земные организмы и, как будет показано ниже, является источником образования горючих ископаемых. Обратный фотосинтезу процесс представляет собой знакомую всем нам химическую реак1,,ию горения твердых, жидких и газообразных горючих ископаемых с выделением большого количества энергии. Следовательно, растительный и животный мир, а также органические горючие ископаемые Земли есть не что иное как аккумулированная энергия Солнца На современном этапе эволюции Земли ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд. т органического вещества, усваивается 300 млрд. т СО и выделяется около 200 млрд. т свободног о кислорода. Благодаря только фотосинтезу в первичной атмосфере Земли появился кислород, возник озоновый экран, создались условия для биологической деятельности. При гибели организма происходит обратный процесс [c.43]

Фотосинтез - единственный из всех типов химических реакций (термических, каталитических, ферментативных, радиационных и фотохимических), позволяющий при мягких термобарических параметрах биосферы осуществить невероятную, с точки зрения термодинамики химическую реакцию, протекающую с увеличением свободной энергии. Он обеспечивает прямо или косвенно доступной химической энергией все земные организмы и, как будет показано ниже, является источником образования горючих ископаемых. Обратный фотосинтезу процесс представляет собой знакомую всем нам химическую реакцию горения твердых, жидких и газообразных горючих ископаемых с выделением большого количества энергии. Следовательно, растительный и животный мир, а также органические горючие ископаемые Земли есть не что иное, как аккумулированная энергия Солнца На современном этапе эволюции Земли ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд т органи- [c.50]

В предыдущей главе был рассмотрен ряд групп прокариот, относящихся к эубактериям, получающих энергию в реакциях субстратного фосфорилирования и не зависящих от молекулярного кислорода. Их предки появились на Земле, когда в ее атмосфере отсутствовал Оз. Единственным источником свободной энергии, доступным первобытным организмам, была химическая энергия органических молекул, возникших в основном абиогенным путем. Увеличение численности популяций приводило к возрастанию использования органических молекул в окружающей среде, которое на определенном этапе стало превышать их накопление. В результате органические вещества постепенно исчерпывались из среды. Создавалась критическая ситуация, вызываемая нехваткой соединений, которые могли бы служить источником свободной энергии для организмов. Перед ними возникла проблема поиска новых источников углеродного питания и свободной энергии. В энергетическом плане необходимо было найти способ получения энергии за счет постоянно действующего источника. Такой источник энергии представляет собой солнечная радиация. Глобальное значение развившейся способности использовать световую энергию в том, что фотосинтез — единственный процесс, приводящий к увеличению свободной энергии на нашей планете. Таким образом, фотосинтез обязан своим происхождением экологическому кризису, возникшему в результате исчерпания на определенном этапе развития жизни органических ресурсов планеты. [c.262]

Между фотохимическими и обычными реакциями имеется существенное отличие термодинамического характера. Протекающие самопроизвольно обычные реакции всегда сопровождаются уменьшением свободной энергии. Для собственно фотохимической реакции свободная энергия возрастает в соответствии с законом сохранения энергии. За счет поглощения квантов света равновесие реакции смещается и меняется ее константа равновесия. Установление этого факта К. А. Тимирязевым для фотосинтеза в растениях имело принципиальное значение. Оно нанесло решительный удар по идеалистическим теориям об осуществлении процессов в природе за счет особой жизненной силы . [c.202]

Увеличение свободной энергии не замкнутой, открытой системы происходит вследствие притока энергии извне. Например, при фотосинтезе, за счет энергии солнечных лучей, в клетках растений идет синтез сложных органических веществ с большим запасом энергии, чем у совокупности тех простых веществ, которые используются для синтеза. [c.16]

Никотинамидные коферменты принимают участие в отдельных реакциях углеводного, липидного и аминокислотного обмена в процессах фотосинтеза в растениях. Дегидрогеназы катализируют отдельные этапы реакций анаэробного расщепления моносахаридов с высвобождением свободной энергии и накоплением ее в аденозин-5 -трифосфате (АТФ), который является основным аккумулятором и затем генератором энергии в живой клетке. В этой метаболической реакции происходит образование макроэргической связи с превращением АДФ в АТФ, которые являются ключевыми энергетическими переносчиками. [c.318]

Миграция энергии. Поглощение кванта света в сложной молекуле, содержащей л-электроны, вызывает переходы между уровнями (5о, Si, Т), как было показано на рис. 8.1. В любых фотобиологических процессах роль электронного возбуждения состоит в том, что таким путем преодолевается активационный барьер начальной стадии реакции. Однако в фотосинтезе свободная энергия конечных продуктов выше, чем начальных (СОг и НгО), и поэтому здесь происходит еще и запасание энергии света в виде энергии химических связей продуктов фотосинтеза. Физическая причина переноса электронной энергии от возбужденной молекулы донора Д к молекуле акцептора А [c.118]

Фотосинтез — сложная совокупность фото- и электрохимических процессов, детальные механизмы которых еще во многом не установлены. При количественных оценках применение теории Митчелла к фотосинтезу встречается с трудностями. В этой теории свободная энергия протонов должна превышать энергию фосфорилирования [c.461]

Главным природным источником энергии, практически в обозримое время, на нашей планете является Солнце. На Земле существуют организмы, способные поглощать кванты солнечной энергии и с ее помощью осуществлять процесс синтеза глюкозы из простейших неорганических веществ, которая служит основой для биосинтеза разнообразных органических соединений. Этот сложный процесс называется фотосинтезом. Именно этому процессу Земля обязана своим зеленым покровом. Все растения Земли осуществляют фотосинтез и создают условия для жизни всего животного мира и человека. Возникающий при фотосинтезе свободный кислород является единственным источником кислорода на нашей планете. Помимо зеленых растений способностью улавливать кванты солнечного света обладают некоторые виды водорослей и бактерий. [c.181]

Необходимая свободная энергия может быть внесена самим агентом активации именно это и наблюдается при использовании света в процессе фотосинтеза и электрической энергии в некоторых электрохимических реакциях. [c.180]

Свободную энергию (или активное веш,ество) растение получает только путем фотосинтеза. [c.242]

Фотосинтез — основной процесс, приводящий к образованию органических соединений. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в химическую, и эта химическая энергия в конечном счете используется для синтеза органических соединений, благодаря чему возможна жизнь всех растений, животных и человека на земле. Фотосинтез — источник свободного кислорода на нашей планете. При фотосинтезе создается до 90% и более сухого вещества растений следовательно, урожай сельскохозяйственных культур в значительной степени определяется интенсивностью фотосинтеза. [c.123]

Однако вводя в химию фотосинтеза свободные радикалы, мы стремились найти восстановитель с бодее высоким потенциалом, чем у любого соединения с насыщенными валентностями, а допуская, что превращение первичного продукта НХ является дисмутацией, мы теряем это преимущество. Можно предположить, что радикал НХ непосредственно идет на восстановление СОд без предварительной дисмутации. Более интересным представляется механизм, в котором между системами Ъ—HZ и X—НдХ включается вторая каталитическая система Т—НдТ (см. схему на фиг. Хб). Такой механизм открывает путь возможной утилизации энергии двух квант для образования одного радикала, а следовательно, и для нового объяснения того, как восемь квант могут использоваться при восстановлении одной молекулы двуокиси углерода. В главе УП предлагались две возможные гипотезы для механизма, в котором могли бы использоваться восемь квант для передачи четырех атомов водорода от воды к двуокиси углерода. Первая гипотеза — дважды повторяющаяся фотохимическая активация одних и тех же четырех водородных атомов (как в схемах на фиг. 19 и 20), вторая гипотеза— перенос энергии, вначале сосредоточенной на восьми водородных атомах, к четырем из них, что иллюстрируется системой [c.242]

Свободная энергия расходуется на фотосинтез, на построение живой ткани (рост) и на подъем раствора из почвы. [c.242]

Сначала найдем выражение для поступаюш,ей свободной энергии Е. Эта энергия образуется благодаря фотосинтезу в зеленой части растения, и ее тем больше, чем больше поверхность зеленой части. Таким образом, можем считать, что Е пропорциональна [c.242]

У прокариот известны три типа фотосинтеза I — зависимый от бактериохлорофилла бескислородный фотосинтез, осуществляемый группами зеленых, пурпурных бактерий и гелиобактерий II — зависимый от хлорофилла кислородный фотосинтез, свойственный цианобактериям и прохлорофитам III — зависимый от бактериородопсина бескислородный фотосинтез, найденный у экстремально галофильных архебактерий. В основе фотосинтеза I и II типа лежит поглощение солнечной энергии различными пигментами, приводящее к разделению электрических зарядов, возникновению восстановителя с низким и окислителя с высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Перенос электронов между этими двумя компонентами приводит к выделению свободной энергии. В фотосинтезе III типа окислительно-восстановительные переносчики отсутствуют. В этом случае энергия в [c.96]

В продуктах фотосинтеза запасается огромное количество энергии. Ежегодно растительный мир генерирует за счет запасаемой энергии Солнца не менее 10 ккал свободной энергии, что более чем в 10 раз превышает количество энергии [c.683]

Разность общей внутренней энергии между субстратом и продуктами фотосинтеза составляет около 112 кпал на 1 грамм-атом углерода, разность свободной энергии на несколько калорий больше (см. табл. 9). Полный искусственный фотосинтез должен заполнить этот разрыв. Однако все эксперименты, помогающие хотя бы частично уменьшить эту разность, можно считать полезными частичными решениями. [c.74]

Важно заметить, что электроны в этой реакции передаются от Н2О к НАДФ+, а в дыхательном процессе в митохондриях они передвигаются иначе от НАДН или НАДФ Н к кислороду, т.е. с потерей свободной энергии. Поскольку возникший в результате воздействия солнечного света поток электронов в хлоропластах направлен в фотосистемах вверх от Н2О к НАДФ+ нужна свободная энергия, иначе этот процесс невозможен. Вероятнее всего, эту энергию процесс получает при световом возбуждении молекулы хлорофилла, находящейся в тилакоидной мембране. Один из ее электронов переходит на более высокий энергетический уровень, возбуждается и затем вновь переходит на более низкий уровень (см. ранее), а энергия возбуждения высвобождается и далее участвует в процессе фотосинтеза. [c.197]

Насколько сейчас известно, наша планета образовалась приблизительно 4,6 миллиарда лет назад, а простейшие ферментирующие одноклеточные формы жизни существуют 3,5 миллиарда лет. Уже 3,1 миллиарда лет они могли бы использовать фотосинтез, но геологические данные об окислительном состоянии осадочных отложений железа указывают, что атмосфера приобрела окислительный характер лишь 1,8-1,4 миллиарда лет назад. Многоклеточные формы жизни, которые, по-видимому, зависели от изобилия энергии, возможного только при дыхании кислородом, появились приблизительно от 1000 до 700 миллионов лет назад, и именно в то время наметился путь дальнейшей эволюции высших организмов. Наиболее революционизирующим шагом, после зарождения самой жизни, было использование внепланетного источника энергии, Солнца. В конечном итоге это превратило жалкие ростки жизни, которые утилизировали случайно встречающиеся природные молекулы с большой свободной энергией, в огромную силу, способную преобразовать поверхность планеты и даже выйти за ее пределы. [c.337]

Описанные выше эксперименты не обнаруживают какой-либо связи между обратимой абсорбцией двуокиси углерода у растений в темноте и восстановлением двуокиси углерода на свету. Теперь мы опишем опыты, которые указывают, что иная (хотя тоже обратимая и нефотохимическая) абсорбция двуокиси углерода тесно связана с фотосинтезом предположительно в качестве предварительной стадии этого процесса (как принималось в главе VII). Количество двуокиси углерода, участвующей в этой абсорбции, в 20—50 раз меньше, чем количество, учитываемое из равновесий двуокись углерода — бикарбонат, т. е. около 2 10- моль1л клеточного объема, или 5 10- % СОд на сухой вес клеток, или 0,5 мл углекислого газа на 10 г свежих клеток. С другой стороны, сродство к двуокиси углерода акцептора, обусловливающего эту абсорбцию, должно быть выше, чем у фосфатных или карбонатных буферов, так как его насыщение происходит при давлениях двуокиси углерода порядка 1 мм. Эта цифра получается из кривых зависимости фотосинтеза от концентрации двуокиси углерода. Эти кривые показывают полунасыщение при значениях [СОз] около 0,03°/о в воздухе. Одно из объяснений этого насыщения заключается в том, что кривые двуокиси углерода являются изотермами равновесия комплекса акцептор — двуокись углерода. Эти кривые могут быть искажены ограничениями притока и передачи, которые мешают равновесию карбоксилирования во время интенсивного фотосинтеза йли заставляют скорость процесса стать нечувствительной к концентрации двуокиси углерода задолго до полного насыщения комплекса СОд . Однако это искажение не меняет порядка величины концентрации двуокиси углерода, потребной для насыщения. Если комплекс СОд полунасыщен при концентрациях СОа в воздухе порядка 10- моль л, или 0,03%. то свободная энергия его образования должна быть порядка — 6 ккал при комнатной температуре (Рубен [119] определяет Д = — 2 ккал), т. е. это значительно более отрицательная величина, чем свободные энергии карбаминирования и карбоксилирования, приведенные в первой части настоящей главы, и даже бодее отрицательная, чем свободная энергия ассоциации двуокиси углерода с карбоангидразой. [c.209]

Значения Д/ с в двух столбцах табл. 9 иллюстрируют положение, высказанное в главе I (стр. 17) возрастание свободной энергии фотосинтеза еш е выше, чем увеличение обш ей энергии, особенно если AF вычислить не для стандартного давления в 1 ат, а для действительного парциального давления двуокиси углерода в воздухе 3 10 ат. (Только для паров формальдегида AF меньше чем ДЯс, потому что в этом случае два газа ЩСО и Од превра-ш,аются в один газ ООд и жидкость HgO.) [c.55]

У прокариот известны три способа получения энергии разные виды брожения, дыхания и фотосинтеза. В процессах брожения в определенных окислительно-восстановительных реакциях образуются нестабильные молекулы, фосфатная группа которых содержит много свободной энергии. Эта фуппа с помощью соответствующего фермента переносится на молекулу АДФ, что приводит к образованию АТФ. Реакции, в которых энергия, освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в молекулах АТФ, получили название субстратного фосфо-рилирования. Их особенностью является катализирование растворимыми ферментами. Образующийся в восстановительной части окислительно-восстановительных преобразований сбраживаемого субстрата восстановитель (НАД Н2, восстановленный фер-редоксин) переносит электроны на подходящий эндогенный акцептор электрона (пируват, ацетальдегид, ацетон и др.) или освобождается в виде газообразного водорода (Нз). [c.94]

Конечно, возрастание свободной энергии возможно только потому, что фотосинтез не спонтанный процесс в замкнутой системе, а фотохимическая реакция, идущая при постоянном доступе световой энергии. [c.55]

Рубен [119] считает, что сильное сродство к двуокиси углерода неизвестного акцептора может вызываться сочетанием его карбоксилирования с гидролизом богатого энергией органического фосфата, происходящего с выделением от 10 до 2 пкал моль (см. главу IX). Если поглощение одной молекулы органического фосфата связано с образованием одной молекулы неорганического фосфата из богатой энергией фосфорилированной молекулы, то суммарное изменение свободной энергии может иметь величину, необходимую для объяснения быстрого насыщения фотосинтеза двуокисью углерода. [c.210]

Продуктами фотосинтеза являются органические соединения и кислород. Эти органические соединения и молекулярный кислород характеризуются некоторой общей свободной энергией образования, т. е. энергией, которая освобождается при образовании этих веществ из исходных соединений. Эта энергия обозначается А . В большинстве случаев А.Р имеет отрицательную величину, поскольку образование стабильного соединения из его составных элементов обычно сопровождается потерей энергии. [c.535]

Органические соединения и кислород образуются при фотосинтезе из неорганических окислов воды, двуокиси углерода, сульфата и иногда нитрата. Все эти окислы характеризуются общей (отрицательной) энергией образования, которая по своей абсолютной величине больше, чем АР продуктов фотосинтеза. Следовательно, фотосинтез сопровождается увеличением свободной энергии. Это увеличение свободной энергии происходит за счет превращения некоторой части поглощенной световой энергии. [c.535]

Важнейшие биохимические реакции связаны с превращениями энергии в живой клетке. Энергия накапливается и передается в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) — нуклеотида, состоящего из азотистого (пуринового) основания аденина, сахара (рибозы) и трех остатков фосфорной кислоты, которые связаны между собой богатыми свободной энергией (макроэргическими) химическими связями. Исходным источником энерги1Г является солнечный свет, энергия которого в зеленых листьях растений при участии красящего вещества—хлорофилла расходуется на синтез АТФ (фотосинтетическое фосфорилирование). В дал1.нейшем АТФ расходует накопленную энергию в последующих стадиях фотосинтеза, приводящих к образованию из двуокиси углерода и воды крахмала — полимерного сахаристого вещества в котором на длительное время запасается [c.491]

Биологическое окисление служит главным источником энергии, необходимой для осуществления множества эндергонических биологических процессов. Свободная энергия, получающаяся при переносе пары электронов от субстрата к молекуле кислорода или к другому конечному акцептору электронов, превращается в результате ряда еще не вполне выясненных реакций (см. гл. XV) в химическую энергию макроэргического (богатого энергией) промежуточного продукта — аденозинтрифосфата (АТФ). Свободная энергия, выделяющаяся при полном гидролизе нирофосфатных связей АТФ, используется затем в какой-либо сопряи енной энергетически невыгодной ферментативной реакции (см. гл. II), благодаря чему эта реакция и может быть доведена до конца. Липман первым указал на фундаментальную роль гидролиза АТФ как двил ущей силы биохимических процессов. Эти процессы включают мышечное сокращение, фотосинтез, биолюминесценцию, разряд электрических органов, а также биосинтез белков, нуклеиновых кислот, сложных углеводов, липидов и т. д. [c.208]

В согласии с принципом термодинамики нам следовало бы Ловорить не об общей энергии (или содержании тепла ) органи-" еского вещества, а о его свободной энергии, так как именно его Зчвободная энергия (или работоспособность ) и есть то, что требуется организму для жизни. Фотосинтез не только переводит состояние с низшей энергией в состояние с высшей энергией он также превращает более беспорядочное и потому более устойчивое состояние, в котором малые молекулы углекислого газа и воды могут свободно двигаться в газовом пространстве или жидкости, в более плотное , более упорядоченное и потому менее устойчивое состояние крупных органических молекул. Другими словами, он ведет к уменьшению энтропии, а так как изменение свободной энергии (Д ) равно изменению общей энергии (ДЯ) минус член, пропорциональный уменьшению энтропии (Т 8), то свободная энергия фотосинтеза даже больше его общей энергии. [c.17]

Некоторые бактерии могут существовать автотрофно, не совершая настоящего фотосинтеза. Один из них синтезируют органическое вещество в отсутствие света, используя свободную энергию неустойчивых органических или неорганических химических систем их называют хемоаетотрофными бактериями. Другие, так называемые пурпурные бактерии, используют свет для синтеза органического вещества из двуокиси углерода и неорганических или органических водородных доноров, например сероводорода или жирных кислот. [c.18]

Так как во многих реакциях бактериального фотосинтеза участвуют электролиты, то свободные энергии этих реакций часто значительно отличаются от их общих энергий. Выше указывалось, что свободная энергия нормального фотосинтеза почти равна его общей энергии (см. табл. 9). При пересчете на стандартные условия (атмосферное давление для газов и молярные растворы для растворов) выигрыш свободной энергии в различных типах бактериального фотосинтеза обычно на 20—30 ккал/моль больше, чем выигрыш в общей энергии. Например, свободная энергия реакции (5.8) Р равна 97 ккал/моль в щелочном и 20 ккал1моль в кислом растворах. [c.109]

По гипотезе Франка, насыщение двуокисью углерода вызывается главным образом кинетическими факторами (медленные темпы некоторых частных процессов фотосинтеза, делающие невозможной дополнительную утилизацию двуокиси углерода). Равновесие карбоксилирования, даже при самых низких давлениях двуокиси углерода, сдвинуто в сторону присоединения СО - Эта гипоте требует, чтобы свободная энергия карбоксилирования была даже еще более отрицательной, чем вычисленная выше величина — 6 ккал/моль, [c.209]

Сапожников [10] на основании своих опытов пришел к заключению, что квантовый выход восстановления СОд Thiorhoda eae составляет 1,0. Термодинамическая трактовка автора, обосновывающая правдоподобность полученных результатов, столь отличных от данных других исследователей, не может устранить скептическое отношение к этим результатам. Автор указывает на то, что количество световой энергии, потребной для восстановления двуокиси углерода, зависит от окислительно-восстановительного потенциала среды, в которой идет восстановление. Он нашел экспериментально, что значение этого потенциала (в среде, где некоторое время жили бактерии) являлось достаточно положительным для восстановления двуокиси углерода с увеличением свободной энергии всего на 40 кал1моль, и предположил, что, по той же причине, фотосинтез зеленых растений мог бы также требовать лишь 1 кванта света на 1 молекулу двуокиси углерода. Доводы Сапожникова игнорируют два факта 1) что свободная энергия тре- [c.566]

ФОТОСИНТЕЗ — синтез растениями органич. веществ (углеводов, белков, жиров) из углекислого газа, воды, минеральных солей азота, фосфора и др. элементов с помощью энергии света. Ф.— основной процесс образования органич. веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и др. элементов, а также основной механизм трансформации солнечной энергии на нашей планете. При восстановлении 1 г-моля СОа до углеводного уровня запасается 112 ккал, а увеличение свободной энергии Д/ составляет 120 ккал. В процессе Ф. растенхм суши и океана усваивают в год 4-101 углерода, разлагают 1,2-101 т воды, выделяют 1-1011 кислорода и запасают 4-102 кал солнечной энергии в виде химич. энергии продуктов Ф., что в 10 с лишним раз превышает годовое потребление энергии. В пищу и на корм животным человечество расходует 2 млрд. т сухой массы продукции с.-х. растений, что составляет 1/50 часть от всей продукции Ф. [c.273]