Фотосинтез, связь с дыханием света

В течение длительного времени считали, что АТФ и другие высокоэнергетические соединения, находящиеся в равновесии с ним, представляют собой единственную форму энергии, которая может использоваться живыми клетками во всех энергозависимых процессах. Вопрос о характере связи между транспортом электронов, с одной стороны, и превращением фосфорных соединений, с другой, долгое время оставался неясным. Было установлено, что использование энергетических ресурсов (органических или неорганических соединений при дыхании, света при фотосинтезе) связано с переносом электронов по цепи, состоящей из белковых и небелковых компонентов, способных к обратимому окислению — восстановлению. В результате этого переноса освобождающаяся на отдельных участках дыхательной или фотосинтетической цепи энергия трансформируется в химическую энергию фосфатных связей АТФ. Молекулярный механизм фосфорилирования, сопряженный с электронным транспортом, был неизвестен. [c.100]

Таким образом, опыты с изолированными хлоропластами доказали, что в акте фотосинтеза имеет место непосредственное преобразование поглощаемой хлорофиллом энергии кванта света в энергию химических связей молекул АТФ. Поскольку этот процесс осуществляется только за счет энергии света, он носит название фотосинтетического фосфорилирования или фотофосфорилирования, в отличие от окислительного фосфорилирования, имеющего место в акте дыхания. [c.156]

В среднем можно принять, что у теневых растений компенсация дыхания фотосинтезом достигается при напряжениях света, не превышающих 1 % от полного солнечного освещения, тогда как у светолюбивых растений — 3—5%. Положение компенсационной точки изменяется в связи с другими условиями жизни организма, и в первую очередь температуры, водообмена, минерального питания и проч. [c.186]

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]

В этом и следует усматривать основную биологическую роль данной функции. Следовательно, роль дыхания также состоит в обеспечении потребности клетки в пластическом и энергетическом материале. Однако лабильные, богатые энергией продукты, возникающие в акте дыхания, образуются не из неорганических соединений и не за счет энергии кванта света, а путем преобразования органических молекул, образовавшихся в зеленых частях растений в акте фотосинтеза. Весьма интересны в этом же отношении данные, касающиеся чисто энергетических сторон фотосинтеза и дыхания. Из приведенной на рис. 91 схемы следует, что как в акте фотосинтеза, так и в акте дыхания сущность первоначального этапа реализации энергии состоит в образовании активного электрона, который генетически связан с молекулой воды. В акте фотосинтеза активирование ( зарядка ) этого электрона достигается за счет энергии кванта света, поглощенной и преобразованной хлорофиллом. В акте дыхания активный электрон образуется путем придания мобильной формы энергии химических связей, содержащейся в молекуле органических соединений, используе- [c.308]

Зеленые растения осуществляют такой важнейший процесс биосинтеза, как фотосинтез, т.е. они обладают уникальной возможностью аккумулировать энергию солнечного света, переводя ее в энергию химических связей в результате образования углеводов из СО2 и НзО. Биосинтез на основе неорганических соединений, поступающих из окружающей среды, сравнительно простых органических соединений называется ассимиляцией. Клетки, в которых происходят эти процессы, образуют ассимиляционные ткани. Основная масса углеводов затем используется в биосинтезе компонентов древесины, а от 20 до 40% расходуется в процессе дыхания растения, окисляясь до СО2 и Н2О с выделением энергии. Считается, что ежегодно на Земле образуется и разрушается порядка 10 т материала растительных клеток (по некоторым данным от 150 до 200 млрд т), что эквивалентно энергии, на порядок превышающей годовое потребление энергии человечеством. Трудно переоценить значение этого глобального процесса биосинтеза, особенно с учетом того, что побочным продуктом фотосинтеза является кислород. [c.325]

В процессе дыхания в растении органические вещества окисляются до СОа и воды, а поэтому масса исследуемого продукта уменьшается. 0 служит одним из существенных показателей интенсивности жизненных процессов в растительном организме. При исследовании настоящего явления исключают влияние света на растение, с которым связано образование органических веществ при фотосинтезе. [c.213]

Благодаря применению радиоактивного углерода (в виде СОг) наши знания в области биохимии фотосинтеза с 1940 г. сильно расширились. Работы такого рода основываются на предположении, что и СОг ведут себя в химическом отношении так же, как обычные и СОг. Это предположение оправдано, если исходить из норм качественной химии, однако при количественном подходе оно, очевидно, не может быть строго справедливым разрыв связи между и соседним атомом требует большей энергии активации и, следовательно, менее вероятен, чем разрыв такой же связи с участием С. В последовательном ряду реакций значение этого фактора может постепенно усиливаться. Это обстоятельство отнюдь не обесценивает главные выводы, сделанные на основе опытов с изотопными индикаторами, но его всегда следует иметь в виду. Вполне можно, например, ожидать дискриминации для трития (И ), масса которого в 3 раза больше массы обычного изотопа водорода. Учет возможной дискриминации особенно важен в кинетических опытах. Измерение масс-спектрометром относительных скоростей фотосинтеза в атмосфере с СОг, СОг и СОг дало соответственно 0,85 0,96 1,00. В этих определениях, однако, исходили из допущения, что свет не влияет на выделение СО при дыхании [c.103]

В АТФ энергия запасена в связях Р—О—Р последовательный гидролиз трифосфата и дифосфата приводит к выделению 77 кДж/моль. АТФ образуется не только при фотосинтезе, в митохондриях клеток его синтез является результатом запасания энергии, образовавшейся в процессе окисления органически связанного углерода, т. е. в процессе дыхания. Однако интенсивность образования АТФ у фотосинтезирующих организмов при использовании энергии света в десятки раз превосходит интенсивность появления АТФ в результате окислительного фосфорилирования. [c.33]

Солнечный свет — не единственный источник тепла, доступный живым существам. Солнечная энергия используется автотрофами для фотосинтеза и запасается в химических связях синтезируемых ими органических веществ, прежде всего сахаров. Молекулы этих вешеств служат эндогенными источниками тепловой энергии, которая высвобождается в процессе тканевого дыхания. [c.404]

Итак, подобно фотосинтезу, дыхание также представляет собой функцию снабжения энергией и питательными веществами. Различаются названные функции лишь в отношении вида используемой энергии и формы питательных веществ. Если в акте фотосинтеза ассимилируется электромагнитная энергия света, тО дыхание — процесс усвоения энергии химических связей, образовавшихся за счет преобразованной зеленой клеткой энергии-кванта света. [c.311]

В последние годы основные усилия исследователей сосредоточены на изучении роли меди в связи с функцией вновь открытых медьсодержащих белков. Обнаружение меди в составе фермента цитохромоксидазы (ЦХО), а также пластоцианина открывает новые перспективы в изучении роли меди в фотосинтезе, проливает свет на ряд известных, не находивших ранее объяснений фактов влияния меди на образование хлорофилла и другие синтетические процессы клетки. Более определенной становится роль меди в дыхании и энергетическом обмене растения. [c.172]

Самая известная из клеточных структур — ядро в нем в свою очередь различают меньшие субструктуры — хромосомы. В них находится нуклеиновая кислота (ДНК). Хромосомы ответственны за передачу наследственных признаков организма при размножении. В эукариотической клетке существуют и другие группы структур, например хлоропласты и митохондрии. В хлоропластах содержатся пигменты и ферменты, совместно превращающие энергию солнечного света в энергию химических связей. Кроме того, в хлоропластах имеются наборы ферментов, нужных для превращения простых продуктов фотосинтеза в более сложные соединения, требующиеся клеткам. В митохондриях содержатся ферментные системы, ответственные за потребление кислорода и образование АТФ. Митохондрии и хлоропласты весьма специализированны. Хлоропласты не могут служить для дыхания, а митохондрии неспособны осуществлять фотосинтез. То же самое относится к ферментам этих органелл клетки они строго приурочены либо к хлоро-пластам, либо к митохондриям и никогда не встречаются вместе. [c.153]

Проведенные расчеты свидетельствуют, что посредством фотосинтеза растения фиксируют не более 3 % энергии солнечного света все остальное используется на формирование климата. Преобразованная в энергию химических связей, она используется на метаболизм и дыхание, а некоторая ее часть накапливается как фитомасса. Питающиеся на растениях консументы — фитофаги, в свою очередь, используют потребленное органическое вещество для собственного метаболизма и роста. Их биомасса, существенно меньшая, чем у растений, привлекает хищников и паразитов — консументов И порядка, которые, в свою очередь, могут стать жертвами и хозяевами консументов П1 порядка и т.д. Естественно, что при переходе на следующий трофический уровень — от [c.109]

Очевидно, что в действии углеводов на фотосинтез проявляется несколько независимых явлений. Это действие зависит от вида растений, интенсивности света, температуры и прочих агентов. Кроме того, должна иметь значение форма, в которой накопляются углеводы. У растений, способных к превращению избытка углеводов в крахмал, можно ожидать меньшей склонности к депрессии фотосинтеза, чем у растений, образующих только сахара. Ввиду сильного влияния добавления сахаров на дыхание и брожение их действие на фотосинтез тесно связано с сочетанием этих процессов, как упоминалось выше в связи с данными Спбра, ван дер Паува и Гаффрона. К этому вопросу мы вернемся в главе XX, когда будем рассматривать отношение фотосинтеза к дыханию. [c.340]

На фиг. 67 воспроизведен график из статьи Кока [192], включающий наблюдения и при интенсивностях ниже светового компенсационного пункта. Отношение наклонов двух прямых зависело в этих опытах от условий роста водорослей. При максимальных различиях оно составляло 2 1 в этом случае экстраполяция верхней прямой к нулевой интенсивности света давала для дыхания (поглощения кислорода) на свету величину, равную половине значения темнового дыхания (на фиг. 66 отрезок ОВ составляет половину отрезка ОА). Кок [190] пришел к заключению, что вплоть до компенсационного пункта квантовый расход на молекулу выделенного кислорода составляет половину нормальной величины (которая равна 8 см. гл. IX) и что связь, существующая между фотосинтезом и дыханием, приводит к ситуации, о которой говорилось в цитате в начале 51ТРГ0 раздела. Он допустил, что иэ свету энергия запэс ется [c.159]

Определяемая данным методом интенсивность ассимиляции характеризует так называемый кажущийся, или видимый, фотосинтез. Дело в том, что наблюдаемые при помощи газометрии изменения содерлсания диоксида углерода — результат двух одновременно идущих иа свету процессов — фотосинтеза и дыхания. Чтобы определить истинный фотосинтез, находят количество выделяемого листом СО2 в темноте и прибавляют его к количеству этого газа, поглощенного на свету. Другими словами, скорость выделения СО2 па свету принимают равной интенсивности дыхания в темноте. Одиако все еще ие ясен вопрос, происходит ли дыхание в одинаковой степени иа свету и в темноте. Поло-лсение особенно осложняется в связи с открытием фото-дыхания, т. е. активируемого светом процесса выделения диоксида углерода и поглощением кислорода фотосинтезирующими клетками растений. Все это создает чрезвычайно большие методические трудности для на-холсдеиия истинного фотосинтеза. [c.105]

Наличие кислорода сделало возможным возникновение бактерий, способных синтезировать АТР за счет аэробного метаболизма, эти бактерии могли использовать большое количество энергаи, высвобождаемое при полном расщеплении углеводов и других восстановленных органических молекул до СОз и НзО. В результате модификации некоторых компонентов существовавших ранее электронтранспортных комплексов образовалась цитохромоксидаза, благодаря 4eivy электроны, извлекаемые из органических и неорганических субстратов, могли передаваться на О2 как конечный акцептор электронов. Многие из современных пурпурных фотосинтезирующих бактерий способны переключать метаболизм с фотосинтеза на дыхание и обратно в зависимости от того, какой источник энергии более доступен - свет или кислород, такое переключение связано у них с поразительно малыми изменениями в электронтранспортной цепи. [c.482]

Известно, что нитраты довольно быстро восстанавливаются в растениях, и иногда их восстановление заканчивается в корневой системе. Накопление повыщенного количества нитратов в надземных органах растений бывает сравнительно редко, лишь при неблагоприятных условиях выращивания растений или при избыточных дозах нитратных удобрений. Для восстановления нитратов необходимы фосфор, магний, молибден и другие элементы. При недостаточном питании растений этими элементами нитраты восстанавливаются очень медленно, и они накапливаются в надземных органах. Накопление нитратов в растениях может происходить при внесении избыточных доз нитратных удобрений. Интенсивность восстановления нитратов тесно связана с двумя основными процессами, в результате которых выделяется энергия,— дыханием и фотосинтезом. Если растения обеспечены достаточным количеством углеводов, нитраты восстанавливаются в основном в корневой системе при участии НАД Из или НАДФ Нг, образующихся при распаде углеводов через цикл ди- и трикарбоновых кислот. Если же интенсивность фотосинтеза ослаблена и растения испытывают некоторый недостаток углеводов, часть нитратов не успевает восстановиться в корнях и поступает в надземные органы, где восстанавливается при участии никотинамид-аденин-динуклеотидов, образующихся при фотосинтезе. Нитраты могут восстанавливаться и в темноте, но на свету и при наличии фотосинтеза этот процесс значительно усиливается. [c.239]

Во-первых, в каждом слое с ИЛП, равным единице, свет не должен перехватываться более одного раза во-вторых, величина 5 для данного посева постоянна в течение всего дня в-третьих, изменения в качестве света, прощедщего через лист, весьма мало влияют на фотосинтез другого листа в-четвертых, после прохождения света через два листа его интенсивность уменьшается настолько, что становится уже недостаточной для фотосинтеза (поскольку т равен примерно 0,1) в-пятых, доля т падающего света, прошедшего через любой лист в посеве, может быть адекватно представлена значением, полученным в лаборатории для перпендикулярно падающего света. В связи с этим последним предположением Монтит указывал, что для листьев, на которые свет падает неперпендикулярно, коэффициент пропускания на самом деле меньше и что меньшее пропускание может частично компенсироваться рассеянием от тех же листьев (в направлении от листа книзу). Несмотря на столь большое число допущений, оказалось, что расчеты урожая по сухому весу хорошо согласуются с данными полевых определений. В расчетах использовалась зависимость истинного фотосинтеза от интенсивности падающего света, измеренная в лабораторных опытах. Кроме того, предполагалось, что интенсивность солнечной радиации изменяется на протяжении дня синусоидально, а дыхание пропорционально площади листа. [c.118]

Из схемы вытекает, что для получения 2 моль НАДФ-Нг, 2 моль АТФ и 1 моль Ог требуется в общей сложности 8 квант света (4/ivi-f 4/ivii). Однако для восстановления 1 моль двуокиси углерода необходимо 3 моль АТФ. Третий моль АТФ образуется в результате процесса, осуществляющего обратную связь между системами I и II который мы подробно рассматривать не будем. Этот последний процесс требует поглощения 2 квантов света, так что всего на превращение 1 моль двуокиси углерода в углеводы путем фотосинтеза требуется 10 квантов света. Эта величина была предметом бурных дискуссий, поскольку неясно, какая часть энергии суммарного фотохимического процесса приходится на постоянно протекающий параллельно с фотосинтезом экзотермический процесс дыхания. [c.351]

Во время дыхания растительный организм, постепенно расщепляя молекулу глюкозы, извлекает ее энергию для накоплепия во вновь образующихся фосфатйых связях АТФ. Молекулы ад но-зинтрифосфата (АТФ) переносят полученную за счет питательных веществ или солнечного света свободную энергию от центров дыхания (митохондрий) или фотосинтеза (пластид) во все участки клетки, обеспечивая прохождение всех процессов, связанных с поглощением энергии. Углеводы при дыхании окисляются не сразу до углекислого газа и воды, а постепенно, образуя десятки промежуточных соединений, которые растения используют для синтеза всех необходимых им других органических соединений. Получающиеся при дыхании органические кислоты, спирты и другие соединения служат, как и при фотосинтезе, для образования белков, жиров и других веществ. Суммарно и схематически процесс дыхания растений можно представить уравнением, как бы обратным уравнению фотосинтеза [c.11]

В целом влияние недостатка влаги сходно, по-видимому, с действием большинства ингибиторов частично оно связано с изменениями внутренней концентрации Og в результате влияния на дыхание и фотосинтез, частично же — с действием на процессы, имеющие непосредственное отношение к передаче энергии, и на тургор замыкающих клеток. В полевых условиях (где концентрация СОз в воздухе, окружающем листья, поддерживается на уровне, который в межкл ет-никах вызвал бы закрывание устьиц) двумя основными факторами среды, определяющими наблюдаемые изменения ширины устьичной щели, являются интенсивность света и недостаток влаги. Это ва жно иметь в виду, хотя действие обоих этих факторов может в значи тельной степени осуществляться через изменения внутренней конц ентра-ции O . [c.271]

Во всех фотобиологических процессах энергия света необходима для преодоления активационных барьеров химических превращений. Однако в фотосинтезе при этом происходит непосредственное запасание световой энергии и виде энергии химических связей, конечных продуктов (глюкоза), поскольку последние обладают большим запасом свободной энергии по сравнению с исходными веществами (СО2 и Н2О). В остальных фотобиологических процессах свет также индуцирует фотохимические реакции, но в их продуктах не содержится избытка свободной энергии по сравнению с исходными веществами. Тем не менее и в этих случаях в последующих за фотохимической стадиях темновых процесах могут инициироваться сложные физиолого-биохимические превращения, в ходе которых мобилизуются большие количества свободной энергии, ранее запасенной в биоструктурах. Конечные результаты такого рода превращений (например, стимулирующее действие света на морфогенез, биосинтез пигментов, фотостимуляция дыхания) по общему энергетическому эффекту могут быть весьма велики, хотя непосредственного запасания энергии света при этом и не происходит. Последовательность превращений в фотобиологических процессах может включать следующие стадии поглощение света хромофорной группой и образование электронно-возбужденных состояний миграция энергии электронного возбуждения первичный фотофизический акт и появление первичных фотопродуктов промежуточные стадии, включая перенос заряда, образование первичных стабильных химических продуктов физиологобиохимические процессы конечный фотобиологический эффект. [c.276]

В свете всего сказанного вновь возникает совсем было упавший интерес к физиологической роли связанной воды и дал<е к физиологическим методам ее определения — компенсационному и дилатометрическому. Для большей уверенности в достоверности получаемых результатов эти методы стали применять параллельно. Мы не будем анализировать весь имеющийся материал о связи виутриклеточиого состояния воды с азотным и фосфорным обменом, интенсивностью дыхания и фотосинтеза, активностью ферментов и некоторыми другими физиологическими показателями. Остановимся лишь на связи состояния воды и действия засухи. [c.40]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология