Углерода двуокись в фотосинтезе

Кальвин и сотр. [19], подвергая химической деградации меченую ФГК, образовывавшуюся при длительности фотосинтеза в течение 5 сек, показали, что 95% радиоактивного углерода локализовано в атоме углерода карбоксильной группы. Этот результат подтвердил их предположение о том, что первой реакцией восстановления двуокиси углерода в фотосинтезе является реакция карбоксилирования, в результате которой двуокись углерода включается в карбоксильную группу ФГК. Природа соединения, которое поставляет два других атома углерода для молекул ФГК, оставалась в течение некоторого времени неизвестной. [c.540]

Значение pH морской воды может в некоторой (очень слабой) степени зависеть от фотосинтеза растений. В светлое время суток растения поглощают двуокись углерода и тем самым влияют на pH. В приповерхностных слоях морской воды содержание двуокиси углерода определяется также обменом с атмосферой. [c.23]

Видимый свет — это тот диапазон световой энергии, который используется растениями и микроорганизмами в процессе фотосинтеза. С помощью фотосинтеза атмосферная двуокись углерода фиксируется в такой химической форме, которая используется не только самими растениями, но и служит первичным источником пищи для всего живого мира. Различные фоторецепторы регистрируют также вариации в количестве до- [c.9]

С помощью изотопных методов было показано также, что кислород, освобождаемый при фотосинтезе, образуется из воды, а не из двуокиси углерода. Это было установлено в результате изотопного анализа кислорода, выделенного при фотосинтезе из водоросли хлореллы. Вода и двуокись углерода содержали меченый кислород-18 [514—518]. [c.284]

Наши знания о промежуточных продуктах фотосинтеза почти исключительно основаны на работах М. Кальвина и сотрудников (1947— 1956 гг.). Эти авторы применяли меченую двуокись углерода в [c.262]

Основные химические элементы, из которых состоит биомасса,— это кислород, углерод, водород, азот. На рис. 1 показано количественное соотношение химических элементов биомассы в килограммах на один гектар сущи. В процессе фотосинтеза растения суши производят 53-10 т кислорода в год, а фитопланктон — 414-10 т. Этот кислород расходуется на дыхание различными организмами и на окислительные процессы при разложении сложных органических веществ микроорганизмами. Потребляя в процессе фотосинтеза воду и двуокись углерода, растения снова освобождают связанный в них кислород, и цикл кругообращения кислорода возобновляется. Подсчитано, что весь кислород атмосферы земного шара проходит в этом кругообороте через живое вещество биосферы примерно за 2000 лет. [c.7]

Способность восстанавливать углеродные соединения с помощью солнечной энергии позволила появившемуся живому организму усваивать двуокись углерода, возможно в виде иона карбоната или бикарбоната, из окружающего первичного океана и использовать эту двуокись углерода в качестве источника атомов углерода для образования молекул сахаров и других питательных молекул. Эта реакция составляет сущность процесса фотосинтеза. В зеленых растениях при фотосинтезе происходит восстановление двуокиси углерода до альдегида (углевода), при котором вода служит первичным источником атомов водорода, а в атмосферу выделяется высвобождаемый при таком восстановлении кислород. Так же как и при анаэробном метаболизме (см. разд. Первичный метаболизм ), каждая реакция, входящая в процесс фотосинтеза, требует участия строго специфического фермента. [c.39]

Другим примером биосинтеза является получение меченой глюкозы и других углеводов в процессе фотосинтеза. Освещенные зеленые листья растущего растения помещают в атмосферу, содержащую меченую двуокись углерода СОг. Затем образовавшиеся меченые сахара выделяют из растений, используя обычные химические и биохимические операции. Исходя из меченых сахаров, можно получить и более простые меченые продукты, такие, как этиловый спирт, уксусную кислоту и т. д. [c.303]

Чтобы жить, организмы должны расходовать запасенную энергию. Это достигается путем деградации питательных веществ, по преимуществу окислительной катаболизм). Катаболические процессы требуют наличия окислительном среды и ведут в конечном итоге к превращению всех углеродных соединений в наиболее окисленную форму — двуокись углерода. Фотосинтез способствует сохранению равновесия как путем восстановления СО2 до органических соединений, так и благодаря тому, что этот процесс сопровождается выделением в атмосферу молекулярного кислорода. [c.314]

Фотосинтез — единственный процесс на Земле, протекающий против градиента термодинамического потенциала в этом процессе неорганические продукты (двуокись углерода и вода) превращаются в органические соединения, преимущественно углеводы, а также белки и жиры. Значение фотосинтеза в жизни нашей планеты заключается в обогащении атмосферы кислородом, удалении избыточной двуокиси углерода и создании зелеными растениями ежегодно 100 млрд. т биомассы, из которых 2 млрд. т расходуется на пищу человека. [c.214]

Исходным веществом при образовании лигнина должна быть, конечно, двуокись углерода, абсорбированная растением в процессе фотосинтеза. Стоун [7], а также Браун и сотр. [8] исследовали превращение С Ог в лигнин пшеницы на стадии быстрой лигнификации [9]. После окисления образовавшегося лигнина щелочным раствором нитробензола получены радиоактивные п-оксибензальдегид (II, Р = Р = Н), ванилин (II, К = Н, Р = ОСНд) и альдегид сиреневой кислоты (II, К = Р = ОСН ). [c.287]

Действительно, большинство используемых нами углеродсодержащих веществ являются продуктами жизнедеятельности организмов. Двуокись углерода из атмосферы усваивается в процессе роста растений, которые в свою очередь служат пищей для животных. Непрерывный процесс фотосинтеза служит важнейшим источником соединений углерода, в том числе продуктов питания, древесины, волокон, лекарственных веществ, кожи и многого другого. [c.124]

Может быть, именно потому, что вода была включена в процесс на несколько дет позднее, чем двуокись углерода, в литературе долгое время господствовало представление о фотосинтезе как о разложении двуокиси углерода [c.32]

В первой главе фотосинтез был охарактеризован как процесс, обратный горению, процесс, в котором двуокись углерода и вода соединяются, образуя органическое вещество, причем кислород удаляется в окружающую среду. [c.35]

Фотосинтез доводит постоянную пищу растений—двуокись углерода и воду — до углеводного уровня, как показано стрелкой слева в табл. 8. [c.53]

Любая из реакций (4.3) — (4.6) может быть первым шагом к искусственному фотосинтезу. Для завершения процесса двуокись углерода должна быть восстановлена водородом или водородным акцептором Н . [c.75]

Термин автоокисление вместо окисление молекулярным кислородом — малоудачен, но вошел во всеобщее употребление. Эта реакция могла бы быть полезной для искусственного фотосинтеза лишь в том случае, если перекись водорода могла бы восстанавливать двуокись углерода. Этот вопрос будет рассмотрен дальше н решен в отрицательном смысле. Тем не менее мы все же присоединяем уравнение (4.7) к другим формам окисления воды, так кар эту реакцию приходится учитывать, когда окисление воды происходит в присутствии воздуха. [c.75]

Таким образом, ни один из известных методов восстановления двуокиси углерода не кажется реальным для искусственного фотосинтеза. Возможно, что непосредственным субстратом восстановления служит не свободная двуокись углерода, а двуокись углерода, включенная при содействии энзиматического катализа в крупную органическую молекулу, вероятно, с образованием карбоксильной группы, согласно уравнению [c.85]

Обзор различных обратимых процессов присоединения двуокиси углерода in vitro, сделанный в предыдущем разделе, иллюстрирует разнообразие реакций, которые могут происходить, когда двуокись углерода приходит во взаимодействие с живыми организмами. Это взаимодействие изучалось детально только для крови наблюдения над поглощением двуокиси углерода другими тканями, животными и растительными, были большей частью качественными. Спбр и Смит количественно исследовали превращение двуокиси углерода при фотосинтезе листьев подсолнечника. [c.196]

В предыдущел разделе мы видели, что, несмотря на все затруднения, встреченные в попытках осуществить обращение декарбоксилирования карбоновых кислот в нейтральных средах in vitro, карбоксилирование представляется все же наиболее вероятным механизмом фиксации двуокиси углерода при фотосинтезе. В дополнение к прямым фактическим данным в пользу этой теории, подученным в опытах с радиоактивным углеродом, упомянем еще некоторые косвенные доказательства, даваемые во все возрастающем разнообразии нефотохимических процессов обмена веществ. В этих процессах двуокись углерода играет неожиданно активную роль, и они лучше всего объясняются вхождением двуокиси углерода в карбоксильные группы. [c.216]

По Балларду [31], влияние избытка двуокиси углерода на фотосинтез сильно зависит от температуры. У Liguslrum торможение фотосинтеза может наблюдаться при 6°, начиная с 2—2,5 /о двуокиси углерода, а при 16° никакого влияния не наблюдается даже при 5% двуокиси углерода. Влияние сильнее на интенсивном свету, чем гна слабом это показывает, что избыточная двуокись углерода препятствует энзиматической реакции, а не просто затрудняет взаимодействие промежуточных продуктов с хлорофиллом, как можно предположить на основании схемы, представленной на фиг. 20. [c.339]

Уменьшенное снабжение двуокисью углерода снижает фотосинтез, не влияя на дыхание. Если вследствие недостатка двуокиси углерода световые кривые начинают изгибаться уже при слабом освещении, то компенсационный пункт может быть сдвинут к высоким интенсивностям света (см. фиг. 186) или окажется вообще недостижимым. О таком случае упоминалось в гл. XXVI, когда мы говорили об экспериментах Чеснокова и Базыриной [74], а также Миллера и Барра [96], в которых газовый баланс наблюдался при интенсивностях света порядка 20 10 лк. Миллер и Барр [96] отмечают, что в тех случаях, когда лимитирующим фактором является двуокись углерода, компенсирующая интенсивность света не зависит от температуры. Из этого следует, [c.411]

В 1894 г. Эмиль Фишер впервые четко сформулировал определение асимметрического синтеза на основании своих экспериментов по превращению моносахаридов в высшие гомологи по схеме циангидрипового синтеза, сопоставив этот процесс непосредственно с биохимическим процессом образования оптически активных сахаров в растениях [1]. Он высказал предположение, что двуокись углерода и вода, конденсируясь под влиянием солнечного света и хлорофилла, образуют формальдегид, который затем вступает в реакцию конденсации с другой молекулой формальдегида или с простейшими углеводами, причем под направленным воздействием оптически активных соединений в хлорофиллсодержащих зернах клетки реакция протекает таким образом, что вхождение каждого следующего асимметрического атома в цепь приводит к образованию только одной из двух возможных стерео-изомерных форм. В результате образуется молекула моносахарида. прочно связанная с хлорофиллом. Это образование затем распадается на оптически активный моносахарид и регенерированный хлорофилл — катализатор, способный вновь участвовать в этом цикле [1, 2]. Химический путь превращения углерода при фотосинтезе, установленный в настоящее время, в деталях имеет мало общего с этой упрощенной схемой, предложенной в конце прошлого столетия. Тем пе менее представления об асимметри-ческол синтезе, выдвинутые Фишером, в общих чертах остаются в силе и до настоящего времени. [c.11]

Термодинамические свойства углеводородов и продуктов их окисления представляют особый интерес ввиду того, что ценность углеводородов как горючего зависит от разности менеду величиной их внутренней энергии и соответствуюш ими величинами продуктов сгорания. Однако ввиду того, что при сгорании не все реакции протекают до конца, т. е. до образования двуокиси углерода и воды, возникает также необходимость знать термодинамические свойства многих устойчивых и неустойчивых промежуточных соединений углерода, водорода и кислорода, образуюш,ихся при горении. Животные также получают необходимые им тепло и энергию за счет процесса окисления, сопровонгдаюш егося попутным образованием многочис-денных нестойких и устойчивых промежуточных продуктов. Растения завершают вторую часть этого цикла. Используя солнечный свет в качестве первичного источника энергии для процесса фотосинтеза, растения жадно поглощ ают двуокись углерода из атмосферы, связывают ее с водой и синтезируют соединения, менее деградированные в энергетическом отношении. После того как этот процесс образования менее деградированных соединений пройдет через целый ряд стадий, определенное промежуточное соединение (например, сахар) может являться вполне подходящим горючим для осуществляемого в организмах животных цикла деградации. Таким образом, процессы, ведущие к рассеиванию энергии или к накоплению ее, постоянно протекают с образованием многочисленных общих промежуточных соединений, содержащих углерод, водород и кислород. Эти соединения играют ваншую роль, поскольку они охватывают всю [c.458]

Так, совсем недавно американский микробиолог Паркер установил, что ливневые осадки содержат значительное количество таких органических веществ, как витамин В 2, никотиновая кислота, биотип. Проверив органический состав атмосферных примесей — различных твердых частиц, он заключил, что воздух содержит множество микроорганизмов, в том числе и водорослей, причем часть их находится в активном состоянии [67]. Временным местопребыванием этих организмов могут служить облака, особенно кучевые на высоте 6—9 тыс. м, которая является потолком для этих облаков, сохраняется необходимая для протекания жизненных процессов положительная температура. Присутств 1е в облаках воды, микроэлементов, таких газов, как кислород, двуокись углерода, азот, а также наличие интенсивной лучистой энергии — все это создает вполне благоприятные условия для фотосинтеза, обмена вешеств и роста клеток. По мнению Паркера, облака представляют собой живые экологические системы , давая возможность жить и размножаться многоклеточным микроорганизмам, в ,1деленпя которых — органические вещества типа [c.74]

Все попытки осуществить фотосинтез с чистым хлорофиллом в различных растворителях остались безуспешными. Наоборот исследования, проведенные с хлоропластамп, выделенными из клеток, или даже с фрагментами хлоропластов (зернами), привели к интересным результатам. Взвешенные в воде и выдерживаемые на свету хлоропласты не способны восстанавливать двуокись углерода, но взаимодействуют с более легко восстанавливающимися веществами, как, например, с ионом трехвалентного железа, хиноном и некоторыми простыми красителями. При восстановлении образуются ион двухвалентного железа, гидрохинон и т.д. и выделяется экивалентное количество кислорода. При проведении этой реакции в воде, меченной 0 , оказалось возможным доказать, что выделенный кислород происходит из воды. Таким образом, реакция является фотохимическим разложением воды, происходящим только в присутствии акцептора (А) для образующихся атомов водорода (Р. Хилл, 1937 г.) [c.260]

Следует также упомянуть бактерии, вызывающие посредством своих ферментов гидролиз и окисление больягих количеств целлюлозы мертвых растений и возвращающие в атмосферу двуокись углерода, необходимую для фотосинтеза. Роль этих гнилостных бактерий очень велика, так как в случае их отсутствия в природе за очень короткое время накопились бы несоизмеримые количества целлюлозы и исчерпался бы запас двуокиси углерода атмосферы. [c.301]

Теперь мы обратимся к процессу, который служит в конечном счете источником почти всей биологической энергии, т.е. к процессу улавливания солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и превращению ее в энергию биомассы. Фотосинтезирующие и гетеротрофные организмы сосуществуют в биосфере в сбалансированном стационарном состоянии (рис. 23-1). Фотосинтезирующие растения улавливают солнечную энергию и запасают ее в форме АТР и NADPH, которые служат им источником энергии для синтеза углеводов и других органических компонентов клетки из двуокиси углерода и воды при этом они вьщеляют в атмосферу кислород. Аэробные гетеротрофы используют этот кислород ДЛЯ расщепления богатых энергией органических продуктов фотосинтеза до СО2 и Н2О, чтобы генерировать таким путем АТР для своих собственных нужд. Двуокись углерода, образующаяся при дыхании гетеротрофов, возвращается в атмосферу и вновь используется фотосинтезирующими организмами. Солнечная энергия, таким образом, создает движущую силу для круговорота, в процессе которого атмосферная двуокись углерода и атмосферный кислород непрерывно циркулируют, проходя через биосферу (рис. 23-1). [c.683]

В 1940 г. П. А. Виноградов и Р. В. Тейс, воспользовавшись методом меченых атомов, показали, что в процессе фотосинтеза у растений выделяющийся кислород образуется из кислорода воды, а не из углекислого газа. А. Л. Курсанов нашел, что ра стения могут ассимилировать двуокись углерода также через корневую систему. [c.399]

Особенно в большом масштабе синтез органических веществ протекает в зеленых растениях, которые способны поглощать энергию света и превращать двуокись углерода в сложные органические вещества. Этот процесс носит название фотосинтеза (от греч. photos — свет). Материалом для синтеза органических веществ в животных организмах являются уже довольно сложные органические соединения, построенные в растительных или животных организмах. [c.10]

В 1754 г. был открыт связанный воздух , т. е. двуокись угле рода. В 1757 г. Пристли [3] подучил дефлогистированный воздух (т. е. кислород) из окиси ртути, а позднее он же описал окись азота, двуокись серы, газообразную хлористоводородную кислоту и окись углерода. Горючий воздух (т. е. водород) был открыт в 1766 г. В 1784 г. было доказано, что вода состоит из кислорода и водорода. Между 1772 и 1782 гг. Лавуазье установил состав воздуха и развил новую доктрину окисления и дыхания, понимая эти процессы как соединения различных субстратов с кислородом. Эта концепция заменила старую флогистонную теорию . В 1781 г. было доказано, что связанный воздух состоит из углерода и кислорода. Быстрый прогресс химии газов между 1750 и 1775 гг. сделал возможным открытие фотосинтеза. [c.26]

Слова связанный воздух (т. е. двуокись углерода) вовсе отсутствуют в первой книге Ингенхуза [5] и во второй [12] появляются исключительно в связи с описанием продуктов дыхания растений. Он обнаружил, что действие больших количеств связанного воздуха вредно для очистительной деятельности растений, а действие малых количеств — неопределенно. Если бы химические уравнения были известны в то время, Ингенхуз мог бы написать уравнени фотосинтеза в следующей форме [c.29]

В опытах Соссюра растения росли в чистой воде и б воздухе, содержавшем атмосферную двуокись углерода следовательно, единственно возможным источником избыточного возрастания веса была вода, усваиваемая в форму, не удаляемую высушиванием. Соссюр предполагал тогда, что ассимиляция воды представляет собой независимый процесс, происходящий параллельно с разложением двуокиси углерода. Однако экспериментальные данные не подтверди. независимости двух процессов, показывая участие воды в фотосинтезе. Они требуют расширения уравнения валовой реакции (2.3), которое теперь можно написать в следующем виде [c.32]

Пятьдесят лет спустя Бредиг [113] и Гофман и Шумпельт [114] обратили внимание исключительно на превращение воды. Они предположили, что разложение воды па кислород и водорЬд представляет собой первичный световой процесс фотосинтеза кислород при этом уносится в атмосферу, а водород восстанавливает двуокись углерода до углеводного уровня (вторичный процесс). [c.56]

Существование тяжелого изотопа кислорода 0 позволило сделать прямую проверку этих предположений (блестящий пример применения метода изотопных индикаторов). Рубен, Рендол, Камен и Хайд [120] вводили изотоп кислорода 0 в двуокись углерода и воду, которые давались водорослям СЫогеИа для фотосинтеза, и определяли концентрацию изотоца в выделявшемся кислороде (табл. 10). [c.59]

Ван Ниль и Гаффрон установили, что в фотосинтезе воду могут заменять другие восстановители, а опыты Хилла показали, что соли окисного железа могут заменять двуокись углерода в качестве окислителей. [c.71]

В главе XIV мы увидим доказательства в пользу существования хлорофилл-белкового комплекса. Сохранность этого комплекса может быть необходима для фотосинтетической способности хлорофилла. Были разработаны различные методы экстрагирования этого комплекса из листьев, и оказалось, что такие экстракты имеют некоторые из свойств хлорофилла в листе (например, абсорбционный спектр, химическая устойчивость и флуоресценция). Однако и у них отсутствовала фотосинтетическая активность. Эйслер и Порт-гейм [21] сообщили, что искусственные хлорофилл-белковые комплексы, приготовленные добавлением лошадиного серума к хлоро-фильным растворам, могут восстанавливать двуокись углерода и выделять кислород на свету однако методы этих исследователей были грубы и отсутствовало детальное изложение опытов. Нет ничего удивительного в том, что хлорофилл-белковые комплексы неспособны к фотосинтезу, если вспомнить, что изолированные хлоропласты в лучшем случае сохраняют лишь часть своей нормальной фото-синтетической активности. Речь идет не о том, способны ли хлорофильные препараты к полному фотосинтезу, а о том, сохраняются ли в них какие-либо свойства, связанные с ролью хлорофилла в фотосинтезе. Как указано в главе Ш, эта роль сводится к утилизации световой энергии для переноса водородных атомов против градиента химического потенциала. Хлорофилл может это осуществлять или путем чисто физического переноса энергии к клеточной окислительно-восстановительной системе, или же, что более вероятно, прямым химическим участием в этой системе. Отсюда, следовательно, и возникает вопрос, образует ли хлорофилл in vitro окислительно-восстановительную систему, а если это происходит, то увеличивается ли при поглощении света окислительная способность окисленной формы или восстановительная способность восстановленной формы (или и то и другое). [c.73]

Оставим пока живую клетку и продукты, извлекаемые из нее, и рассмотрим небиохимические системы, поведение которых представляет интерес с точки зрения искусственного фотосинтеза. Сущность фотосинтеза заключается в восстановлении окислителя оксидоредукционной системы высшего потенциала (двуокись углерода— углевод) восстановителем системы значительно более низкого потенциала (кислород — вода), причем свет доставляет необходимую энергию. [c.74]

В 1893 г. Бах [84] обнаружил, что раствор двуокиси углерода и уранилацетат реагируют на свету. При этом окислы урана выпадают в осадок, а двуокись углерода, по мнению Баха, может восстанавливаться до формальдегида. Теми же самыми сенсибилизаторами (солями уранила) пользовались Ушер и Пристли [90] и Мур и Уэбстер [1I5]. Последние авторы придавали особое значение коллоидальному состоянию сенсибилизатора. Они получили положительную реакцию на формальдегид в освещенных растворах карбонатов, содержащих соли урана и железа в коллоидном состоянии эти результаты объясняют, по мнению авторов, естественный фотосинтез, так как соединения коллоидного железа встречаются в хлоропластах. Помимо сомнений в правильности этих результатов, следует выяснить вопрос о том, что происходило с сенсибилизаторами . Оставались ли они в неизменном состоянии, играя, таким образом, роль настоящих катализаторов, или являлись восстановителями Конечно, быдо бы существенным успехом добиться восстановления двуокиси углерода солями урана или закисного железа, так как окислительно-восстановительные потенциалы этих веществ значительно ниже потенциала системы СОд—НаСО. Это восстановление будет только половиной фотосинтеза остается еще восстановить окисленный катализатор (например, ион окисного железа) водой, что должно повлечь выделение кислорода, как было в опытах с изоли-зованными хлоропластами. Однако Бауру и Ребману [118] при попытках повторения опытов Мура и Уэбстера не удалось подучить никакого образования формальдегида, щавелевой, глиоксилевой или муравьиной кислот, не говоря уже о выделении кислорода. [c.90]

Двуокись углерода в течение нескольких часов пропускалась в виде пузырьков через освещенные сосуды, содержащие эти порошки в виде водных суспензий. Затем раствор отделялся от порошков и выпаривался. Получался смолистый осадок, дававший некоторые реакции на альдегиды и сахара (восстановление раствора Бенедикта, проба Молиша, проба Рубнера и образование оза-зонов). Карбонаты быстро теряли свою каталитическую активность Бэли объясняет это окислением кислородом, образованным при фотосинтезе (ни разу не делалось попытки прямого определения образования кислорода). Выход искусственных углеводов , полученных Бэли и Дэвисом [130], доходил до 75 лг за 2 часа в сосуде с поверхностью около 300 т. е. был приблизительно равен выходу естественного фотосинтеза равной площади, покрытой растительностью . Бэли и Худ [136] обнаружили, что скорость искусственного фотосинтеза возрастает между 5 — 31° и уменьшается между 31—41°, подобно скорости естественного фотосинтеза. [c.91]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология