Фотосинтез, значение структур

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

Из щелочно-земельных металлов в биологических системах повсеместно распространены магний и кальций. Многие эфиры и ангидриды фосфорной кислоты функционируют в виде магниевых солей. Концентрация ионов магния в клетках имеет исключительно важное значение для поддержания целостности и функционирования рибосом, т.е. для синтеза белков. Кроме того, магний входит в состав хлорофилла — основного пигмента зеленых растений, непосредственно поглощающего кванты видимого света для использования их энергии при фотосинтезе. Ионы кальция принимают участие в регуляции ряда важных клеточных процессов, в том числе мышечного сокращения и других двигательных функций. Кроме того, нерастворимые соли кальция участвуют в формировании опорных структур фосфат кальция — в формировании костей, карбонат кальция — в образовании раковин моллюсков. [c.65]

Обычно биологи, говоря о соединениях натрия, калия, магния и кальция, в первую очередь имеют в виду их хлориды, фосфаты, сульфаты и карбонаты. Все они имеют довольно сильно ионизированные связи. Соединяясь с катионами водорода, образуют кислые соли и кислоты. Соли имеют большое значение не только как составные части жизненной среды, но и как активные участники процессов в живых клетках. Ионы натрия благодаря небольшому размеру играют важную роль в поддержании водного режима организма, и увеличение концентрации Ма+ способствует удерживанию воды. Соли натрия наряду с солями других металлов определяют осмотическое давление в клетках и влияют на работу ферментных систем. Ионы натрия вместе с ионами калия служат для передачи нервного импульса через мембраны нервных клеток (см. 38). Нормальный ритм работы сердца и головного мозга зависит от строгого выдерживания соотношения концентраций ионоз калия и натрия. Ионов калия в организмах животных меньше, и повышение концентрации К+ оказывает вредное действие. В растениях калий способствует фотосинтезу и стимулирует процессы, связанные с прорастанием семян. Поэтому так важны калийные удобрения. Роль магния не ограничивается только участием в структуре хлорофилла. В организмах животных и человека он уменьшает спазмы сосудов и регулирует работу сердца. В периодической системе М занимает промежуточное положение между бериллием и щелочноземельными металлами. Его свойства уникальны имея высокий заряд и небольшой радиус, он в то же время образует в большинстве своих соединений не ионные, а кова- [c.180]

Различным аспектам фотосинтеза посвящаются сейчас в мировой литературе тысячи статей и десятки объемистых монографий и сборников. Книга Хита обобщает новейшие достижения физиологии фотосинтеза. В ней на современном уровне рассмотрены состав, структура, оптические свойства и функции хлоропластов методы изучения фотосинтеза зависимость его от внутренних и внешних факторов (связь фотосинтеза с дыханием, значение водоснабжения растений, роль интенсивности и качества света). [c.4]

Например, при данных условиях температуры и внешнего давления двуокиси углерода (возможно, также влажности и других факторов, влияю-ших на коллоидную структуру клетки) фотосинтезирующие клетки могут снабжаться двуокисью углерода с совершенно определенной максимальной скоростью, которая достигается тогда, когда постоянная концентрация Og в месте, где происходит фотосинтез, равна нулю, и поэтому градиент диффузии между средой и хлоропластом имеет максимальное из всех возможных значений. Эта максимальная скорость снабжения двуокисью углерода путем диффузии не зависит от освещенности, если не считать упомянутой выше возможной косвенной зависимости. Поэтому световое насыщение должно происходить всякий- раз, когда суммарная скорость фотосинтеза приближается к максимальной скорости снабжения двуокисью углерода путем диффузии. В этом рассуждении диффузия двуокиси углерода может быть заменена предварительной химической реакцией, скорость которой пропорциональна концентрации Og (например, образование комплекса Og из двуокиси углерода и акцептора см. т. I, гл. ViII). В этом случае световое насыщение определяется максимально возможной скоростью образования Og , которая достигается тогда, когда все молекулы акцептора становятся свободными, т. е. когда все комплексы Og используются для фотосинтеза практически моментально после своего образования. Подобным же образом насыщение двуокисью углерода должно происходить всякий раз, когда суммарная скорость фотосинтеза приближается к скорости снабжения световой энергией и квантовый выход принимает свое наивысшее возможное значение. [c.278]

Было показано, что в посевах с наиболее благоприятной структурой может поглощаться до 50% падающей световой энергии. Так как не вся поглощенная энергия используется в процессе фотосинтеза (известно, что при повышенных освещенностях квантовые расходы фотосинтеза увеличиваются с 8 до больших значений), то коэффициент полезного использования энергии света в среднем за вегетационный период составляет для таких посевов около 5%. В этом случае урожаи (теоретические, [c.284]

Углеводы имеют важное значение в жизнедеятельности живых структур. Все органические вещества синтезируются из углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза. Во всех организмах они служат основным источником энергии, получаемой в процессе их катаболизма. [c.209]

Усиление взаимодействия воды и белков, следствием которого является увеличение содержания связанной воды, не приведет к торможению физиологических процессов, поскольку данные о корреляции состояния воды с активностью ферментов, дыханием и фотосинтезом показывают, что интенсивность этих процессов связана с оптимальным соотношением фракций свободной и связанной воды, а не только с содержанием свободной воды, как было принято считать прен<де. Следует добавить, что и само представление о связывании воды в последнее время меняется. С. Р1. Аксенов [93], отмечая, что жесткая стабилизация структуры белков должна затруднять их функционирование, выдвигает на первый план регуляторную роль взаимодействующей с ними воды и показывает ее значение в возникновении осцилляций полипептидной цепи и в более сложных видах внутреннего двил<ения в макромолекулах белка. [c.41]

Курс физиологии растений. Учебник для студентов биологических специальностей университе- j TOB. М., Высшая школа , 1971. 672 с. с илл. При подготовке настоящего издания автор стремился отразить в нем основные тенденции I развития и достижения современной физиологии, благодаря которым эта научная дисциплина при- j обретает общетеоретическое значение, превра- щается в один из краеугольных камней биологии. j Тесное сближение физиологии с биохимией и биофизикой, широкое использование ряда новых прогрессивных методов позволили раскрыть природу глубинных механизмов, регулирующих процессы жизнедеятельности растения, обусловлива- ющих координированное взаимодействие различных клеточных органоидов, клеток и органов в гетерогенном и, вместе с тем, функционально целостном организме. Расширились представления о механизмах процессов энергообмена и взаимосвязи фотосинтеза и дыхания. Развиваются новые представления и природе мелани.змов авторегуляции, определяющих характер взаимодействия растения с биологическими и абиотическими факторами внешней среды. Принципиально важные материалы получены по вопросу о роли микроэлементов, природе действия различных групп физиологически активных соединений, о структуре клеточных мембран и их регуляторных функциях и т. д. Это потребовало коренной переработки всех глав пре- J дыдущего издания книги.. [c.2]

Исследование ультраструктуры органоидов растительной клетки (хлоропластов, митохондрий, рибосом, мембранных структур) дало возможность раскрыть суть процессов фотосинтеза и дыхания, которые определяют возможность самой жизни, иа нашей планете. Изучение строения клеточных оболочек, открытие цитоплазматических мембранных структур способствовали выяснению процессов обмена веществ и энергии в клетке, структуры и функции органоидов растительной клетки.. Большое принципиальное значение имеет электронно-микроскопическое исследование строения РНК и ДНК, локализации их на структурных компонентах клетки. Результаты этих исследований легли в основу раскрытия генетической роли ядра и проблемы наследственности. [c.15]

Интенсивность, или скорость процесса фотосинтеза в растении, зависит от ряда внутренних и внешних факторов. Из внутренних факторов наиболее важное значение имеют структура листа и содержание в нем хлорофилла, накопление продуктов фотосинтеза в хлоропластах, влияние ферментов, а также наличие малых количеств необходимых неорганических веществ. Внешние факторы— это количество и качество света, попадающего на листья, температура окружающей среды, концентрация углекислоты и кислорода в атмосфере вблизи растения. [c.25]

Наконец, чрезвычайно большие перспективы открываются при исследовании сравнительной физиологии сильно различающихся видов растений (хотя, конечно, при этом интерпретация результатов отнюдь не может считаться легкой). Для сравнения можно взять, например, красные и зеленые водоросли, у которых по-разному проявляется эффект Эмерсона, или, с одной стороны, кукурузу, у которой величина Г равна нулю, и, с другой —растение, у которого Г не снижается до нуля. Интересно также исследовать ассимиляцию СОг у видов с различным строением листьев. Сильно различаются в этом смысле, например. Pelargonium и Begonia sanguineum (как по распределению устьиц, так и по распределению хлоропластов (гл. V)). Стоит больше внимания уделять различиям, касающимся размеров и числа хлоропластов, а также содержания хлорофилла (гл. VHI). Действительно, значение структуры для фотосинтеза представляется очевидным на всех уровнях организации. Важна не только молекулярная организация, но также способ упаковки молекул при образовании фотосинтетических единиц, ламеллярная структура хлоропластов (которая формируется полностью только на свету), размеры и распределение хлоропластов в листе, характеристики межклетников, размеры, число и расположение устьиц, порядок расположения листьев на растении и распределение растений в сообществе или посеве. [c.288]

Полный химический синтез кальциферолов или их провитаминов представляет пока что теоретический интерес и не имеет практического значения вследствие сложности синтеза пергидроциклопентанофенантренового скелета молекулы стерина. Несравненно проще пользоваться в качестве исходного сырья для получения кальциферолов стероидными структурами, синтезируемыми в природе. В этой области особый интерес представляет эргостерин — провитамин Вг, синтезируемый пекарскими дрожжами. Технология извлечения эргостерина из дрожжей подробно описана (стр. 423), [18, 43]. Превращение эргостерина в эргокальциферол осуществляется фотосинтезом. [c.303]

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]

При равномеррюм размещении листьев в посевах падение освещенности на высотах, соответствующих средним и нижним ярусам листьев, не будет очень большим, что обеспечит наивысшую интенсивность фотосинтеза единицы площади посева. У посевов, по своей структуре приближающихся к монослою, условия осуществления фотосинтеза наименее благоприятны. Это определило неудачу попыток ввести в культуру каучуконосные одуванчики коксагыз и крым-сагыз, имеющие плотно прилегающие к земле розетки листьев. У таких растений максимальная интенсивность фотосинтеза в посевах наблюдается уже при значениях листового индекса, равных 1,0—1,5. В то же время растения с узкими листьями, расположенными более или менее вертикально и равномерно по высоте, имеют высокие интенсивности фотосинтеза при гораздо больших значениях Л, равных 4—5, а у посевов пшеницы даже доходящих до 8—10. В связи с этим представляют интерес данные о том, что более высокоурожайным сортам сахарной свеклы соответствуют приподнятые воронкообразные розетки листьев, а низкоурожайным— распластанные по земле (фиг. 121). [c.280]

Вопрос о структуре хлоропласта, несомненно, связан с его функцией. Достаточно подействовать тем или иным способом на синтез новых хлорофильных молекул или отобрать магний из молекулы хлорофилла (создавая полосу феофитина), чтобы прекратилось образование и начали разрушаться ламеллярные структуры. Изучение структуры тесно связано с изучением всех функций пластиды. Здесь следует иметь в виду не только фотосинтез, но и тот специфический обмен вещества яластид во внутриклеточной среде, который должен быть им присущ, как живым образованиям. Изучение этого обмена для познания фотосинтеза и связанной с ним структуры хлоропластов столь же важно, сколь и сложно. Обмен и структура не существуют независимо друг от друга. Поэтому кажется совершенно необходимым иметь более подробные данные о значении ряда соединений, входящих в состав пластид. [c.309]

Железо входит в состав многих важных ферментов, в том числе цитохромов — переносчиков электронов, участвующих а процессе дыхания, а также окислительных ферментов перокси базы и каталазы. Во всех этих ферментах железо присутствует в простетической группе в виде гема (аналог хлорофилла), в котором центральный атом железа связан с четырьмя пиррольны-ми кольцами, соединенными в большую циклическую структуру.. В таких ферментах железо функционирует благодаря своей способности обратимо окисляться и (восстанавливаться (Ре ++е ч= ч Ре +) негеминовое железо может действовать таким же образом. Медь также обладает свойством обратимо окисляться и восстанавливаться (Си2++е-ч Си+). Вполне вероятно, что марганец, входящий в состав фермента супероксиддисмутазы, играет такую же роль во многих окислительных реакциях. Железо имеет существенное значение и для ферментов, участвующих в синтезе хлорофилла. Кроме того, оно является составной частьк> ферредоксина—соединения, функционирующего в качестве переносчика электронов в процессе фотосинтеза. Недостаток железа вызывает глубокий хлороз в развивающихся листьях, которые могут стать совершенно белыми. [c.211]

Пластохиноны — переносчики, близкие к убихинону дыхательной цепи митохондрий. Пластохиноны обнаружены только у высших растений и водорослей, выделяющих в ходе фотосинтеза кислород. Их концентрация в хлоропластах довольно высока. Так, например, на 100 молекул хлорофилла приходится около 20 молекул плас-тохинонов. Известно четыре типа пластохинонов А, В, С и О. К пластохинонам иногда относят также токоферолы, токохиноны и витамин Кь Как показали специальные опыты, критическое значение для транспорта электронов имеет пластохинон С. По структуре пластохиноны представляют собой метилированные производные п-бензохи-нонов, соединенные с изопреновыми цепочками различной длины. Окислительно-восстановительные превращения происходят в бензольном кольце хинонной головки К = 0 + е+Н+ К—ОН [c.70]

Гемсодержащие белки участвуют в процессах связывания и транспорта кислорода, в транспорте электронов и фотосинтезе. Детальное изучение гемоглобина и миоглобина выявляет ряд структурных аспектов, общих для многих белков. Говоря о большом биомедицинском значении этих белков, мы имеем в виду, что результаты, полученные при их исследовании, наглядно иллюстрируют структурнофункциональные взаимосвязи. Кроме того, эти исследования выявляют молекулярную основу ряда генетических болезней, таких, как серповидноклеточная анемия (возникающая в результате изменения свойств поверхности Р-субъединицы гемоглобина) или талассемия (хроническое наследуемое гемолитическое заболевание, характеризующееся нарушениями процессов синтеза гемоглобина). Летальный эффект цианида и окиси углерода объясняется тем, что эти вещества блокируют физиологическую функцию гемопротеинов—цитохромоксидазы и гемоглобина соответственно. Наконец, стабилизация четвертичной структуры дезоксигемоглобина 2,3-бисфосфоглицератом (ДФГ) занимает центральное место в исследовании механизмов кислородной недостаточности в условиях высокогорья и процессов адаптации к этим условиям. [c.52]

Центральным элементом в гликолитическом процессе является Mg он активирует большинство ферментов гликолиза. В ряде случаев (гексокиназная реакция, переход от 1,3-дифосфоглицериновой кислоты к 3-фосфоглицериновой кислоте и от 2-фосфоглицериновой кислоты к фосфоенолпировиноградной кислоте) он может быть заменен Мп. Значение Са для поддержания структуры а-амилазы отмечено ранее подчеркнем лишь, что лантаниды, например Lu " , столь же успешно активируют а-амилазу, как и Са . Новообразование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без участии магния (составная часть хлорофилла), марганца (участвует в фотосинтетическом фосфорилировании) и железа (необходимо для биосинтеза хлорофилла). Ряд других элементов (Си, Zn, Мо, Со и В) не безразличен для хода фотосинтеза. [c.438]

Эти исследования еще раз подчеркивают, сколь важное значение имеет целостность структуры для того, чтобы понять, как в действительности работают субклеточные органеллы, например хлоропласты. Теперь ясен путь для изучения большего числа реакций синтеза различных продуктов, например крахмала и сахарозы, в изолированных хлоропластах. Транспорт неорганического фосфата и сахарофосфатов внутрь хлоропласта и из него строго регулируется в зависимости от потребностей метаболизма. В целом можно цказать, что световые реакции фотосинтеза происходят в ламеллах гран, или мембранах, тогда как темновые реакции осуществляются в строме, или растворимой части хлоропласта. [c.93]