Обратные реакции при фотосинтез

Общая реакция фотосинтеза в зеленых растениях обратна реакции сгорания глюкозы [c.335]

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]

И некоторые другие, включающие, например, мочевину. Проводя реакции справа налево, мы запасаем энергию, используя тепло ядерных реакций, фотосинтез или фотоэлектрохимические процессы. При обратном (самопроизвольном) протекании реакций эта энергия может быть реализована, например, в виде электрической энергии. [c.14]

Отличительной чертой фотосинтеза является, вероятно, не фотохимический перенос водорода от воды к окислителю, более слабому, чем кислород, осуществляемый энергией видимого света (обычное явление даже в небиологических системах), а устранение обратной реакции. Последняя препятствует прямому доказательству первичного фотохимического окисления воды в простых неорганических системах и делает даже фотоокисление иона Ее++ тионином временным явлением. [c.157]

Тормозящее действие углеводов можно объяснить как блокировкой энзимов, или активных поверхностей, так и отвлечением световой энергии на фотоокислительные процессы (см. главу XIX), другими словами, прямым торможением фотосинтеза, или ускорением обратных реакций. [c.339]

Прежде всего флуоресценция конкурирует только с первичной фотохимической реакцией, а не со всем процессом фотосинтеза. Скорость фотосинтеза, измеренная по выделению кислорода или поглощению углекислоты, часто определяется не только эффективностью первичного фотопроцесса, но также и скоростью одной или нескольких связанных с этим процессом темновых каталитических реакций. К их числу относятся реакции, которые превращают первичные фотопродукты в стабильные конечные продукты фотосинтеза. Когда эти завершающие реакции слишком слабы, чтобы идти наравне с первичным фотохимическим процессом (что может иметь место, например, в очень сильном свете, или при низких температурах, или в присутствии некоторых ядов), первичные фотопродукты будут накопляться до определенной концентрации и вновь исчезать при обратных реакциях. Вследствие этого квантовый выход фотосинтеза уменьшится, однако на интенсивности флуоресценции это не отразится, так как первичный фотохимический процесс, конкурирующий с флуоресценцией, продолжается с неизменной скоростью. Этим можно объяснить существование светового насыщения в фотосинтезе, без одновременного возрастания выхода флуоресценции (явление, о котором мы упоминали выше). [c.234]

Рассмотрим эти две стороны проблемы более подробно. Реакции, участвующие в фотосинтезе, являются, по крайней мере частично, поверхностными реакциями. Далее, весьма вероятно, что их можно считать топохимическими реакциями, т. е. такими, которые происходят не путем столкновения молекул, движущихся беспорядочно в двумерных адсорбционных слоях, а путем прохождения реагирующих молекул через ряд каталитических реакционных центров . Продукты, образованные в одном реакционном центре, направляются к следующему, так что обратные реакции неустойчивых, промежуточных продуктов окисления и восстановления не могут совершаться вследствие пространственного разделения этих продуктов. Уравнения, основанные на законе действия масс, могут применяться к этому типу реакций только с большими оговорками. [c.275]

В своих схемах фотосинтеза (см., например, ниже, фиг. 194 и 195) мы действительно предполагаем существование конкуренции между вторичной фотохимической реакцией (28.20(5) или (28.21 и мономолекулярной дезактивацией (28.20 а ), но под последней мы понимаем не потерю энергии посредством флуоресценции или путем немедленной диссипации энергии в комплексе, поглощающем свет, а более медленные обратные реакции, следующие за первичной таутомеризацией. Фотохимически измененные формы хлорофиллового комплекса, НХ hl Z (или НХ hl HZ), играют роль долго живущего активированного состояния, о котором шла речь в т. I (стр. 488). [c.454]

Кинетические соображения показывают, что фотохимические обратные реакции сами по себе не вызвали бы светового насыщения, а только уменьшили бы квантовый выход на одинаковый процент при всех интенсивностях света. При построении одной из своих ранних гипотез о механизме фотосинтеза Франк и Герцфельд [104] предположили, что световое насыщение может быть вызвано фотохимически индуцированными цепными обратными реакциями, но позднее [128] они отказались от этой гипотезы, придя к заключению, что световое насыщение обычно вызывается нефотохимическими обратными реакциями, конкурирующими с прямой темновой реакцией, катализируемой катализатором В. [c.464]

Наблюдаемые иногда случаи светового насыщения фотосинтеза, без соответствующего изменения выхода флуоресценции (наиболее яркий пример — фиг. 198), должны указывать, что насыщение вызвано завершающей темновой реакцией, которая не влияет на состав хлорофиллового комплекса ни прямо, ни косвенно (посредством образования наркотика ). Это может быть примером чистого лимитирования катализатором В и насыщения в результате вторичных обратных реакций. Спрашивается, будет ли наблюдаться при этих условиях изменение ср при более высокой интенсивности света в районе насыщения, т. е. тогда, когда первичный процесс становится настолько быстрым, что одна из предварительных реакций не может поспевать за ним. Ответ на этот вопрос может зависеть от того, дают ли обратные реакции продукты, пригодные для непосредственного использования при первичном фотохимическом процессе, или продукты, которые предварительно должны подвергнуться медленным каталитическим изменениям. Например, если обратной реакцией будет [c.509]

Согласно Франку [47] (см. стр. 552), результаты Кока можно исправить, приняв величину квантового расхода для истинного фотосинтеза равной 8 (а не 6) и для светового дыхания — равной 4 (а не 3). Чтобы сохранить картину процесса, предложенную Коком, можно, например, предположить, что 4 кванта приводят к образованию четырех окисляющих и восстанавливающих агентов (4HX-J-4Z), тогда как другие 4 кванта образуют, путем обратных реакций других 4 (HX-j-Z) пар, 8 молекул с высоким энергетическим потенциалом. Здесь теряется численная аналогия с водородными бактериями однако более правдоподобно, что 1 квант производит 1 пару HX- -Z, а не 2 пары, как предполагал Кок. [c.554]

То же относится и к химическим процессам. Взаимодействие водорода и кислорода с образованием воды может происходить самопроизвольно, и осуществление этой реакции дает возможность получать соответствующее количессво работы. Но, затрачивая работу, можно осуществить и обратную реакцию — разложения воды на водород и кислород, — например, путем электролиза. И другие химические реакции, которые по своим термодинамическим параметрам не могут в данных условиях совершаться самопроизвольно, можно проводить, затрачивая работу извне. Большей частью это осуществляют или путем электролиза, или при электрическом разряде в газах, или действием света, или же путем повышения давления (причем одновременно изменяются и условия проведения реакции). Из хорошо известных процессов такого рода можно назвать фотосинтез в растениях, получение натрия и хлора путем электролиза расплавленного хлористого натрия, получение металлического алюминия из бокситов путем электролиза, синтез аммиака при высоком давлении и др. [c.209]

Иные представления о фотосинтезе развивает Варбург 2. По его мнению, фотосинтез состоит из световой и темновой реакций в первой из них каждая молекула хлорофилла образует одну молекулу кислорода, при темновой же реакции две трети образовавшегося на свету кислорода вступают в обратную реакцию, причем вновь регенерируются исходные вещества. Таким образом, фотосинтез связан с дыханием. По Варбургу, углекислота фиксируется, по крайней мере частично, в виде а-карбоксила глутаминовой (а также аспарагиновой) кислоты, которые тем самым участвуют в связывании и восстановлении СОг. [c.984]

Важные метаболические пути, в которых участвуют пятиуглеродные пентозные сахара, называют либо пентозофосфатным и путями, либо фосфоглюконатным путем, либо гексозомонофосфатным шунтом. Исторически первые данные о существовании таких путей были получены в экспериментах Варбурга по окислению глюкозо-6-фосфата в 6-фосфоглюконат. Напомним, что при изучении именно этой реакции был открыт NADP+ (гл. 2, разд. 3). Многие годы это окисление считали ферментативной реакцией, лежащей вне каких-либо определенных метаболических путей. Вместе с тем существовало предположение, что эта реакция является частью альтернативного пути распада глюкозы. Это предположение укрепилось после того, как было обнаружено, что процесс дыхания в тканях продолжается в присутствии высоких концентраций ионов фтора — известных ингиби торов енолазной реакции, — способных почти полностью блокировать процесс гликолиза. В некоторых тканях (в частности, в печени) этот альтернативный путь дыхания оказы вается особенно активным. Теперь мы знаем, что пентозофосфатные пути многообразны и многоплановы. Они не только занимают существенное место в процессах катаболизма,, но при функционировании в обратном направлении восстановительный пентозофосфатный путь) являются ключевыми реакциями фотосинтеза, приводящими к образованию сахара [c.339]

Как и в уравнении (3.10), СН2О представляет собой обобщенную формулу для углеводного органического вещества. Протекание реакции, обозначенной уравнением (3.28), требует притока энергии (аО° = +475 кДж моль ) (см. вставку 3.7), что обеспечивается светом. В мелких пресных водоемах фотосинтез осуществляют крупные растения и дрейфующие микроскопические водоросли (фитопланктон), в то время как в глубоких озерах (и океанах) практически весь фотосинтез происходит только за счет фитопланктона. В процессе обратной реакции разложения органического вещества, т. е. окисления или дыхания, высвобождается энергия, которая поддерживает жизнь [c.134]

Эта реакция является обратной реакции окисления глюкозы, как источника энергии в клетках растений и животных. Фотосинтез не может проходить самопроизвольно, без наличия хлорофилла (см. рис. 1.1). Хлорофилл (MgXfl) можно назвать фотобиокатализатором, так как он связывает воедино частицы неживой и живой природы и электромагнитное излучение и сам не изменяется в ходе фотохимтеского процесса. [c.735]

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]

Альдольная конденсация в фотосинтезе. Альдольно-кротоновая конденсация и обратная ей ретроальдольная реакция происходят во многих биохимических процессах Например, одной из реакций фотосинтеза является конденсация фосфорных эфиров глицеринового альдегида и изомерного ему дигпдроксиацетона Любопытно, что в процессе расщепления углеводов — гликолизе — происходит обратная реакция — ретро-альдольное расщепление [c.244]

Некоторые физиологи растений попытались выяснить, не могут ли растения осуществлять реакции, обратные реакциям гликолиза. После того как Кальвин и его сотрудники (см. стр. 275) обнаружили, что в превращениях углерода при фотосинтезе участвуют промежуточные продукты гликолиза, была предпринята попытка доказать обратимость реакций гликолиза вследствие высокого восстановительного потенциала и высокого отношения [АТФ]/[АДФ1. Однако, хотя промежуточные продукты гликолиза и фотосинтеза одинаковы, механизм этих процессов различный. Например, фруктозе-1,6-дифосфат образуется в результате реакции [c.99]

Схема, изображенная на фиг. 73, была подвергнута критике на основе данных Гиббса и Кандлера [7] о том, что при коротких периодах фотосинтеза в атмосфере С Ог две половины молекулы гексозы могут иметь разное распределение С . Эти данные, однако, не противоречат циклу восстановления углерода. Асимметрия метки может быть обусловлена запаздыванием в установлении изотопного равновесия между фосфоглицериновым альдегидом и фосфодиоксиацетоном. Асимметрично меченная гексоза может образоваться также в результате обратной реакции с транскетола- [c.280]

Предполагаемая нами первичная реакция (4.9) принадлежит к тину реакций, постулируемых ван Пилем для фотосинтеза [см. уравнение (7.1)] это — фотохимическое разложение воды, причем окись цинка служит акцептором и водородных и гидроксильных радикалов. Чтобы объяснить, почему перекись водорода образуется только в присутствии кислорода, можно предположить, что кислородные молекулы выхватывают адсорбированные водородные атомы, препятствуя таким образом обратной реакции (4.9) и оставляя гидроксильным радикалам единственный путь рекомбинации в бирадикалы Н2О2. Таким образом, первичное фотохимическое разложение воды опять сводится к фотоавтоокислению но уравнению (4.7) со сравнительно слабой энергией превращения. Возникает вопрос, осуществляется ли в отсутствие кислорода полностью обратная реакция (4.9) или же некоторым водородным атомам удается рекомбинироваться в водородные молекулы, заставляя равное число гидроксильных радикалов рекомбинироваться в НаОд. Конечным результатом такой рекомбинации являлось бы сенсибилизированное разложение воды (4.4)—результат, более существенный с точки зрения искусственного фотосинтеза, чем фотоавтооксидация (4.7). [c.78]

Причину задержки обратных реакций в фотосинтезе следует искать в гетерогенной структуре фотосинтетического аппарата и как следствие этого в топохимическом механизме всего процесса. Под термином топохимический механизм мы понимаем химический механизм, участники которого сосредоточены на определенных для них каталитических поверхностях, не появляясь в качестве свободных промежуточных продуктов между последовательными ступенями своих каталитических превращений. Наличие по крайней мере части такой структуры в изолированных хлоропластах может объяснять успех опытов Хилла по сенсибилизированному хлоропластами фотоокислению воды оксалатом окисного железа. [c.157]

Одно из таких наблюдений — индуцированное светом выделение двуокиси углерода, которое иногда происходит во время индукционного периода фотосинтеза это выделение двуокиси углерода можно объяснить фотохимическим разложением комплекса СОа цептор и свободную двуокись углерода. Однако Франк [32] считает, что выделение Oj в этом случае вызывается не прямым фотохимическим взаимодействием между СО2 и возбужденным хлорофиллом, а обратными реакциями первого промежуточного продукта H Ogl (см. фиг. 20), при которых освобождается так много энергии, что регенерирующий комплекс Oj немедленно диссоциирует на свободный акцептор и двуокись углерода. Однако этот механизм не требует, чтобы НСО. образовалась при непосредственном фотохимическом взаимодействии (СОа) с хлорофиллом, и он пригоден в той же мере для схемы, в которой комплекс СО2 восстанавливается промежуточным восстановителем. [c.173]

ИЗ ЭТИХ двух реакций, повидимому, является выделение кислорода из промежуточного комплекса Og , в связи с чем обычный процесс фотосинтеза тормозится очень малыми количествами гидроксиламина. Однако и большие количества гидроксиламина также тормозят реакцию, по которой промежуточный Оа образуется из первичных окисленных продуктов (ОН) иди Z. Это объясняет защитное действие гидроксиламина на адаптированные водоросли i в присутствии достаточных количеств этого яда первичные окисленные продукты, не измененные гидрогеназной системой предохраняются от превращения в потерявшие адаптацию окислители Од и исчезают, повидимому, при обратных реакциях с первичными Восстановленными продуктами Н или НХ. [c.323]

До сих нор такие специфические агенты, ускоряющие фотосинтез, не найдены. Пока нам приходится довольствовап ся туманным выражением протоплазматическая стимуляция . Гаффрон [128] полагает, что стимуляция фотосинтеза может вызываться торможе-жением обратных реакций, имея в виду не обычное дыхание, но окислительные процессы в хлоропластах, которые предполагаются в некоторых кинетических теориях. [c.350]

Если хлорофилл обратимо изменяется во время фотосинтеза, то квантовый выход его изменения должен, по крайней мере, равняться квантовому выходу фотосинтеза, т. е. приближаться к единице при низких интенсивностях света и понижаться приблизительно до 0,1 на сильном свету. На прямом солнечном свету каждая молекула хлорофилла может поглощать свет 10 раз в течение каждой секунды и, таким образом, изменяться не менее одного раза в 1 сек. Предполагая, что до того как молекула хлорофилла восстановится обратной реакцией, она остается в видоизмененном состоянии -с секунд до.1гя видоизмененных молекул при стационарном состоянии будет т, пока х 1 сек. Если обратная реакция — нефотохимическая, то можем иметь почти любую вообразимую величину в зависимости от концентрации молекул, участвующих в обратной реакции и от ее энергии активации. Если величина т очень мала (нанример, <0,001 сек.), то вполне возможно, что молекулы хлорофилла будут химически изменяться, когда они начинают фотосинтез возвращение к первоначальному состоянию будет происходить с такой быстротой, что всего одна молекула хлорофилла на 1000 или больше окажется в измененном и, вероятно, обесцвеченном состоянии в любой момент, даже на самом интенсивном свету. Рассматривая зависимость скорости фотоокисления от концентрации, мы пришли к выводу, что время жизни долго жийущего активированного состояния хлорофилла in vivo значительно короче, чем в органических растворах. [c.558]

Таким образом, обратимое выцветание хлорофилла in vivo, очевидно, значительно слабее, чем эффекты, наб.людавшиеся Порре и Рабиновичем и Ливингстоном для растворов хлорофилла в метиловом спирте. Положение меняется, если допустить, что обратная реакция — также фотохимическая, т. е. что хлорофилл использует фотоны в первую очередь на прямое или непрямое восстановление СОд , окисляясь сам в этом процессе, а затем использует их в окисленном состоянии на прямое или косвенное окисление воды и свое собственное восстановление (как принимается в теории Франка и Херцфельда [81]). При этих условиях стационарное состояние фотосинтеза может поддерживаться только в том случае, если две фотохимические реакции идут с одинаковой скоростью. [c.558]

Реакция (23.18e) является исключением из правила, состоящего в том, что обратные реакции при фотохимической сенсибилизации протекают без хемолюминееценции. В гл. XXIV мы рассмотрим данные по хемолюминееценции, сопровождающей обратные реакции в фотосинтезе. [c.206]

Кинетические уравнения, которые могут быть получены при рассмотрении возможных прямых и обратных реакций внутри самого светочувствительного комплекса, будут выведены в гл. XXVIII. Как и следует ожидать, они показывают, что скорость поглощения света этим комплексом накладывает предел на скорость фотосинтеза, кото-рыЯ не может быть снят увеличением концентрации двуокиси углерода или изменением любого другого внешнего фактора. Следовательно, световой фактор сам по себе способен произвести эффект насыщения углекислотных кривых. Например, если мы будем рассматривать уравнение (28.14), выведенное из (28.11) как уравнение [c.351]

Использованный нами механизм реакций (см. фиг. 194, уравнение (28.20)) предусматривает, что реакция первичного фотопродукта НХ СЫ Z с окислителем A Og (константа скорости k ) конкурирует с дезактивирующей реакцией превращения НХ СЫ. Z обратно в X hl - HZ (константа скорости к ). В гл. XXVIII обсуждается также и альтернативный механизм (см. фиг. 195, уравнение (28.21)), в котором первичная обратная реакция фотопродукта НХ СЫ Z исключается благодаря немедленной реакции НХ. hl Z с водой (свободной или связанной), превращающей его в НХ СЫ HZ. Этот упрощенный механизм будет использован в главе XXVIII для анализа другого возможного кинетического эффекта внутри светочувствительного комплекса — накопления во время энергичного фотосинтеза хлорофиллового комплекса в измененной нечувствительной к свету форме (НХ СЫ HZ — в использованном механизме). При выводе уравнения (28.14) было сделано следующее упрощение [НХ СЫ. Z] [c.352]

Этот выход может быть равен числу всех поглощенных квантов, если все поглощенные кванты фактически были использованы для фотосинтеза. Его можно определить так же, как некоторую не поддающуюся дальнейшему уменьшению часть поглощенных квантов, потерянную вследствие полной или частичной неактивности некоторого числа клеток или части хлорофилла. Подобная неуменьшаемая потеря энергии может быть следствием обратных реакций, если доля фотохимических продуктов, которую они разрушают, не зависит от скорости образования этих промежуточных соединений (см. данную главу, стр. 470, и гл. XXIX, стр. 570). [c.442]

Что касается природы процессов, которые могут быть причиной светового насыщения, то имеется альтернатива между предварительными и завершающими реакциями. Эти два типа реакций впервые обсуждались Варбургом и Вильштеттером и Штолем. Все превращения, происходящие при фотосинтезе, поскольку они касаются хлорофилла и других катализаторов, должны быть циклическими. Поэтому вопрос о том, имеет ли место данная реакция до или после первичного фотопроцесса, не всегда так легко разрешить, как это может показаться на первый взгляд. Мы будем считать, что темновая реакция предшествует фотохимической стадии, если ее задержка препятствует протеканию фотохимического процесса, а, следовательно, также и всех последующих процессов, и что темновая реакция следует за первичным фотохимическим процессом, если последний имеет место в любом случае и влияние лимитирования скорости темновой реакции заключается только в накоплении первичных фотопродуктов. Опыт показывает, что при фотосинтезе не происходит значительного накопления окисленных промежуточных продуктов (это следует из того, что выделение кислорода сразу прекращается после выключения освещения) поэтому мы должны принять, что первичные продукты окисления (фотоперекиси) являются неустойчивыми если они быстро не удаляются или не стабилизируются химически при завершающем процессе, они, повидимому, исчезают благодаря обратной реакции. [c.443]

Мы хотим проанализировать эти два явления конкуренцию де-таутомеризующей обратной реакции в светочувствительном комплексе с прямой фотохимической реакцией и истощение нормальной формы этого комплекса во время интенсивного фотосинтеза, используя два простых механизма процесса и предполагая, что в прямой фотохимической реакции участвуют таутомеризованный хлорофилловый комплекс, НХ hl Z, и либо комплекс двуокись углерода — акцептор, A Og (механизм (28.20)), либо водородный донор, A HR, где HR [c.455]

Ранее указывалось, что различие между предварительными и завершающими реакциями в теории Франка о наркотическом регулировании фотосинтеза проведено не вполне резко. Согласно этой теории, накопление первичных продуктов окисления (фотоперекисей) вовсе не ведет к обратным реакциям между этими перекисями и первичными восстановленными продуктами (как принималось выше) или ведет не только к этим реакциям, но также к окислению некоторых метаболитов (сахара ), что приводит к появлению наркотика (жирная кислота ). Последний садится на хлорофилловый комплекс, препятствует дальнейшему ускорению первичной фотохимической реакции и вызывает сильное увеличение флуоресценции. [c.465]

Какие обратные реакции могут конк фировать с завершающими каталитическими реакциями в процессе фотосинтеза В предыдущем разделе данной главы мы рассматривали первичную обратную реакцию НХ hl Z —)- X hl HZ, которая может быть названа детаутомеризацией хлорофиллового комплекса. В уравнениях (28.20) и (28.21) эта реакция конкурирует с вторичной прямой фотохимической реакцией, например (28.206) или (28.21(5). Там же было отмечено, что эта конкуренция может вызвать углекислотное, но не световое насыщение, потому что та доля квантов, которая теряется при подобных обратных реакциях, не зависит от интенсивности света. Если рассматривать (28.206) или (28.216) как каталитическую реакцию с катализатором, концентрация и рабочая скорость которого подобны вышеупомянутому катализатору В, то мы получим световое насыщение, но оно опять будет связано с накоплением формы X СЫ Z или НХ hl HZ и, следовательно, с изменением в интенсивности флуоресценции. [c.466]

Чтобы объяснить насыщение, не сопровождаемое изменениями интенсивности флуоресценции, лимитирующий катализатор следует поместить не между одним из двух реагентов (A Og или A HgO) и светочувствительным комплексом, а между первичными и конечными продуктами фотосинтеза. Другими словами, обратные реакции, вызываемые недостатком катализатора, должны быть скорее вторичными, чем первичными. Обратная реакция такого типа (г) была добавлена в механизмы (28.20) и (28.21). Мы можем постулировать, например, что реакция (28.20г) имеет место потому, что превращение первого фотопродукта AH Og в более устойчивое промежуточное соединение требует катализатора Ев (возможно, мутазы), который имеется в ограниченном количестве. Подобный постулат можно сделать и в отношении действия катализатора Ес, который требуется для первой стадии превращения А НО в свободный кислород. Благодаря симметрии между правой и левой сторонами в схемах на фиг. 194 и 195 ограничение в использовании продуктов окисления будет иметь то же влияние на кинетику процесса в целом, как и ограничение в использовании продуктов восстановления. В первом случае вторичная обратная реакция будет ускоряться накоплением первичного окисленного продукта, А НО во втором случае — накоплением первичного восстановленного продукта, AH Og. [c.467]

Положение упрощается, если мы опять используем механизм Франка и Герцфельда (т. I, фиг. 20), в котором окислитель A Og и восстановитель A HgO принадлежат к светочувствительному комплексу и участвуют в первичном фотохимическом процессе, например так, как указано в уравнении (28.15). В этом случае сама первичная обратная реакция (детаутомеризация) становится конкурентом завершающим темновым реакциям, и поэтому можно принять, что роль катализатора Ев заключается в том, чтобы помешать этой реакции разрушить фотопродукты. Эта точка зрения была использована Франком и Герцфельдом [104] при разработке и уточнении кинетических уравнений фотосинтеза. Их вывод был усложнен предположением о наличии четырех последовательных (различных) фотохимических стадий на восстановительной стороне и альтернативных четырех (одинаковых) фотохимических стадий на окислительной стороне . Предполагалось, что продукт каждой из этих стадий требует стабилизации тем же катализатором В для предохранения от обратного превращения путем темновой реакции. Не пытаясь представить здесь вывода Франка и Герцфельда, мы используем более простой механизм, позволяющий применить ту же основную концепцию о первичной обратной реакции как причине светового насыщения. Этот механизм похож на приведенный в уравнении (7.13) в т. 1, но более прост, благодаря замене двух стадий (7.13а) и (7.136) на единственную первичную фотохимическую стадию. Схема реакций будет следующей [c.468]

Рассмотрим теперь случай, разобранный на стр. 459, в котором световое насыщение обусловлено накоплением хлорофилла в восстановленной форме, НХ hl HZ, вследствие медленности первичной обратной реакции. Иначе говоря, мы принимаем механизм (28.21) и предполагаем, что реакция (28.216) является практически мгновенной. Это приводит нас, для простейшего случая, когда равновесие карбоксилирования не нарушается фотосинтезом, к уравнению (28.28) для скорости Р и уравнениям (28.30) и (28.31) — для полунасыщающей интенсивности света. Концентрация хлорофиллового комплекса в неактивной форме дается в этом случае уравнением (28.26). Средняя точка интервала перехода флуоресценции опять совпадает с полу-насыщением фотосинтеза. [c.506]

Кривые выхода флуоресценции также часто являются гиперболами. Так, например, гиперболами являются кривые, получаемые на основании кинетических моделей, приводящих к уравнениям (28.51Д) (медленная реакция с СО ) и (28.22) (медленная первичная обратная реакция). Уравнения же (28.51Ж) (лимитирование вследствие недостатка Ев) и 2В.Ъ Л) ( наркотизация ) приводят к кубичным уравнениям для Ф=/(У). Это обстоятельство представляет интерес в связи с идеей Франка о саморегулировании фотосинтеза. Франк полагает, что существует механизм наркотизации, который не влияет на фотосинтез (и флуоресценцию) при слабом освещении, но почти внезапно вступает в силу, если в заверщающей темновой реакции не успевают перерабатываться фотоперекиси, образующиеся в результате первичного фотохимического процесса. При этом часть аппарата хлорофилла выключается и образование фотоперекисей уменьшается до такого количества, которое может быть переработано лимитирующей реакцией. Предположение о существовании подобного саморегулирующегося механизма является весьма заманчивой гипотезой вследствие большой важности, которую приобрели механизмы обратного хода и сервомеханизмы при попытках механической интерпретации и имитации жизненных процессов. Если бы такой механизм существовал в действительности, кривые [ СЫ ]=/(/), а вместе с ними также кривые 9=/(/) должны были бы иметь сигмообразную форму, представленную пунктирной линией на фиг. 201. [c.508]

Кок предположил, что фотосинтез заменяет дыхание путем образования переносчиков энергии (таких, как богатые энергией фосфаты или молекулы с высоким энергетическим потенциалом), которые необходимы организму в процессе обмена веществ и которые обычно получаются из процесса дыхания. В соответствии с этим Кок постулировал, что первичная световая реакция фотосинтеза обладает двойной функцией, которая состоит 1) из образования восстанавливающих и окисляющих агентов (НХ и Z см. т. I, фиг. 18), способных соответственно к восстановлению СОд до HgO и к окислению HgO до Од 2) из образования молекул с высоким энергетическим потенциалом путем реакции трансфосфорилирования, сопряженного с обратной реакцией между этими первичными продуктами [c.553]

Кок принимает, что квантовый расход над компенсационным пунктом равен 6 он постулирует, что здесь также каждый квант образует 2(НХ- -2) пары, и что из 12 таких пар (образованных за счет б квантов света) 4 пары (за счет 2 квантов) реагируют далее с восстановлением Og до HgO и окислением HgO до Од, а 8 пар (за счет 4 квантов) вступают в обратные реакции, превращая 8 молекул фосфата с низкой энергией в 8 молекул с высоким энергетическим потенциалом эти последние, в свою очередь, используются в качестве переносчиков в процессе восстановления. Таким образом, требуется 3 кванта для обращения дыхания и 6 — для истинного фотосинтеза. (Кок не дает объяснения, почему в последнем случае требуется 8 молекул с высоким энергетическим потенциалом, тогда как в первом случае их требуется только 6.) [c.554]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология