Дыхание и фотосинтез у растений: В чем сходство и различия дыхания и фотосинтеза?

Содержание

Фотосинтез и клеточное дыхание растений с Cobra SMARTsense

Под дыханием понимается процесс, связанный с распадом углеводов, в результате которого высвобождается энергия, обеспечивающая метаболизм и транспорт в растении. Так как кинетика метаболизма и транспорта уже описана, то из известных балансовых соотношений можно вычислить затраты субстрата на дыхание. Отметим, что при описании дыхания объединены две стадии преобразования химической энергии: стадии окисления субстрата, во время которой образуются макроэргические связи АТФ, и стадия использования энергии АТФ. Кроме того, в балансовом уравнении дыхания учитываются затраты углеводов на обеспечение энергией процесса биосинтеза и транспорта органических и неорганических веществ. В процессе дыхания выделяется углекислый газ, который частично используется в фотосинтезе. Его динамика описывается на основе балансовых соотношений.[ …]

Соотношение между фотосинтезом и дыханием в зависимости от температуры (поВ.Л. Лархеру, 1978)

БАЛАНС КИСЛОРОДНЫЙ — соотношение количества кислорода, выделяемого растениями при фотосинтезе (и частично освобождаемого в ходе спонтанных химических реакций в земной коре), и количества кислорода, потребляемого живыми организмами при дыхании, идущего на процессы гниения, окисления неорганических веществ и используемого в промышленности (см. круговорот кислорода).[ …]

Наконец, как известно, в процессе фотосинтеза растения создают углеводы, на что потребляется углекислый газ; в процессе дыхания углеводы разрушаются с выделением углекис ■ лого газа. Интенсивность фотосинтеза зависит от напряженности света. При некоторой достаточно низкой напряженности света между фотосинтезом и дыханием создается такое соотношение, когда количество углекислого выделяемого при дыхании, сравнимо с чеством, потребляемым при фотосинтезе. Такую силу света называют компенсационной точкой (пунктом). У световых растений компенсационный пункт соответствует более высокой освещенности, у теневых — слабой. Находясь под влиянием света разной напряженности и разного состава, растения несут как бы отпечаток этого в своем строении.[ …]

Углеводы являются основным продуктом фотосинтеза, на их основе в процессе обмена веществ в растительном организме формируются белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие соединения. Углеводы — основной источник для аэробного и анаэробного дыхания клеток; источник энергии для возобновления вегетации. Обычно растение содержит большой набор разнообразных углеводов. В процессе вегетации соотношение растворимых и нерастворимых форм изменяется. В молодых растениях преобладают моно- и дисахариды, в период созревания увеличивается содержание крахмала, целлюлозы, т.е. нерастворимых форм.[ …]

Особенно интересна исследуемая теперь возможность использовать соотношение между желтыми пигментами, каротиноидами, и зелеными пигментами, хлорофиллами, как показатель отношения гетеротрофного метаболизма к автотрофному в целом сообществе. Когда в сообществе фотосинтез превышает дыхание, доминируют хлорофиллы, а при усилении дыхания сообщества увеличивается содержание каротиноидов. Это сразу замечаешь, глядя на ландшафт с самолета: быстро растущие молодые хлеба или леса кажутся ярко-зелеными в сравнении с желто-зеленым цветом более старых лесов или спелых хлебов. Маргалеф (1961, 1967) обнаружил, что отношение оптической плотности ацетоновых экстрактов пигментов при длине волны 430 нм к плотности при длине волны 665 нм дает простое отношение содержания желтых пигментов к зеленым, которое обратно пропорционально отношению Р/Я в культурах и планктонных сообществах. Так, это отношение обычно мдло (например, от 1 до 2) для молодых культур или во время весеннего «цветения» водоемов, когда дыхание невелико, и высоко (3—5) в стареющих культурах или в планктонных сообществах в конце лета, I когда дыхание относительно усиленное.[ …]

Для поддержания жизни на Земле в ее современных формах очень еэжно определенное соотношение кислорода и диоксида углерода в атмосфере. До появления жизни на Земле атмосфера ее соо-тояла в основном из метана, аммиака, водяных паров и водорода. Когда первые водные растения стали использовать солнечный свет в качестве источника энергии, они начали выделять кислород, часть которого освобождалась из океана и накапливалась в атмосфере. Постепенно большая часть водорода первичной атмосферы улетучилась в космическое пространство, а углерод, входящий в состав метана, и азот аммиака ассимилировались растениями, и их место в атмосфере занял кислород, высвобождающийся в процессе фотосинтеза. Сложившееся соотношение кислорода и диоксида углерода в атмосфере Земли поддерживается в настоящее время за счет создания из диоксида углерода и воды фотосинтезирующими организмами около 100 млрд. т органических веществ в год ( что сопровождается выделением кислорода) и окислением около того же количества органических веществ в результате дыхания жрвых организмов ( с превращением в С02 и HgO).[ …]

Действительно известно, что начальные перестройки в физиологии целого организма (соотношение процессов транспирации, фотосинтеза, водного обмена и др. ) в экстремальных условиях проявляются по-разному в зависимости от конкретного воздействия. О том же говорят наблюдения на клеточном уровне (Семихатова, 1990). Анализ реакции дыхательного аппарата клетки на изменение экологической обстановки показывает, что общий уровень дыхания, цианид-резистентное поглощение 02, энергетическая эффективность дыхания изменяется в неодинаковой степени при повышении и понижении температуры, засолении и водном дефиците.[ …]

Отдельные растения могут компенсировать влияние растительноядных организмов различными способам,и. Во-первых, удаление листьев с растения может уменьшить затенение других листьев 1И вследствие этого привести к повышению у них интенсивности фотосинтеза. Так, замечено, что жук-долгоносик Phyllobius argentatus питается главным образом на нижних, затененных листьях бука, расположенных ближе к стволу, отчего продуктивность всего растения меняется мало (Nielsen, Ejlerson, 1977).[ …]

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 суши. 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.[ …]

Методика определения токсичности с использованием физиологических показателей. В качестве тест-объектов в этом методе используют протококковые водоросли, выращенные в тех же условиях, что и при применении ускоренного метода. На предлагаемых питательных средах водоросли могут развиваться в течение длительного времени (более 30 суток), не требуя их замены и сохраняя нормальный вид «цветущей» воды в лабораторных условиях. Исследование основных физиологических и биохимических показателей предусматривает использование таких тест-функций, как определение хлорофилла и соотношения хлорофиллов А и В, определение интенсивности фотосинтеза по количеству выделенного кислорода на свету и интенсивности дыхания по количеству поглощенного кислорода в темноте.[ …]

Содержание хлорофилла на 1 м2 в разных сообществах примерно одинаково, т. е. в целых сообществах содержание зеленого пигмента распределено более равномерно, чем в отдельных растениях или их частях. Соотношение между зелеными и желтыми пигментами можно использовать как показатель отношения гетеротрофного метаболизма к автотрофному. Когда в сообществе фотосинтез превышает дыхание, доминируют зеленые пигменты, а при уменьшении дыхания сообщества увеличивается содержание желтых пигментов. [ …]

В лесном хозяйстве снижается прирост древесины, отмирают менее устойчивые древесные породы, а в отдельных случаях наблюдается гибель леса на целых участках. Вредные газы, проникая через устьица листа, нарушают процессы фотосинтеза и дыхания. Так, концентрация сернистого ангидрида в воздухе в соотношении 1:1000 000 при повторных действиях в течение двух месяцев вызывает повреждение растений. Более высокие концентрации могут приводить к полной потере листьев растениями.[ …]

Фотосинтез и клеточное дыхание — это два основных метаболических процесса, происходящих при преобразовании энергии в экосистемах. При фотосинтезе углекислый газ и вода используются для синтеза органических соединений с помощью солнечного света. Эти органические соединения могут использоваться клетками в качестве пищи. Во время клеточного дыхания энергия в виде АТФ вырабатывается путем расщепления пищи. Основное различие между фотосинтезом и клеточным дыханием заключается в том, что фотосинтез представляет собой анаболический процесс, при котором происходит синтез органических соединений с накоплением энергии , тогда как клеточное дыхание представляет собой катаболический процесс, в котором запасенные органические соединения утилизируются, производя энергию .

1. Что такое фотосинтез
– определение, характеристики, типы, процесс
2. Что такое клеточное дыхание
– Определение, характеристики, типы, процесс
3. В чем разница между фотосинтезом и клеточным дыханием

9000 диоксида и воды, получая энергию от солнечного света. Газообразный кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Пигменты, такие как хлорофилл, каротиноиды и фикобилины, используются для улавливания световой энергии. Поэтому при фотосинтезе световая энергия превращается в потенциальную химическую энергию. Впоследствии глюкоза обеспечивает метаболическую энергию для всех клеточных процессов в клетке.

Кислородный фотосинтез и аноксигенный фотосинтез — два типа фотосинтеза, встречающиеся на Земле. Растения, водоросли и цианобактерии осуществляют оксигенный фотосинтез, в то время как пурпурные серобактерии и зеленые серобактерии осуществляют аноксигенный фотосинтез. Донором электронов при оксигенном фотосинтезе является вода, тогда как донором электронов при аноксигенном фотосинтезе является вариант, такой как сероводород, а не вода. Таким образом, при аноксигенном фотосинтезе газообразный кислород не выделяется в качестве побочного продукта. Химические реакции как оксигенного, так и аноксигенного фотосинтеза показаны ниже.

У растений фотосинтез происходит в специализированных пластидах, называемых хлоропластами, которые находятся в цитоплазме фотосинтезирующих клеток. Фотосинтез происходит в тилакоидной мембране и областях стромы хлоропластов. Первой стадией фотосинтеза является световая реакция . В тилакоидной мембране гран обнаружены фотоцентры, организующие в них фотосинтетические пигменты. Свет поглощается фотосистемой I и II , которые представляют собой два белковых комплекса, обнаруженных в тилакоидной мембране, и поглощенный свет переносится на фотоцентры. Генерирующие высокоэнергетические электроны переносятся в третий белковый комплекс, комплекс цитохрома bf. Высокоэнергетические электроны в PSI переносятся на ряд переносчиков ферродоксина, и, в конечном счете, эти электроны переносятся на NADP+ с помощью фермента НАДФН-редуктазы, образуя NADP. Во время легкой реакции газообразный кислород образуется путем расщепления воды с образованием НАДФ и АТФ.

Второй стадией фотосинтеза является темновая реакция , где НАДФН и АТФ, образующиеся при световой реакции, используются в качестве источников энергии для синтеза глюкозы. Темновая реакция возникает в строме. Темновую реакцию также называют циклом Кальвина . Помимо глюкозы, во время цикла Кальвина вырабатывается 18 АТФ и 12 НАДФН. 18 АТФ используются самим циклом Кальвина. 12 НАДФН содержат 24 электрона, которые транспортируются в электрон-транспортную цепь 9.0006 , который является третьей стадией фотосинтеза. Фермент АТФ-синтаза на тилакоидной мембране переносит 24 электрона на 12 молекул воды, образуя 6 молекул кислорода. Этот процесс переноса электронов называется фотофосфорилированием . Процесс фотосинтеза показан на рис. 2 .

Клеточное дыхание — это процесс, который преобразует биохимическую энергию в энергию АТФ, удаляя углекислый газ и воду как отходы. Встречается у всех организмов, живущих на Земле. Запасенная пища, такая как углеводы, жиры и белки в организмах, используется в виде глюкозы при клеточном дыхании.

Аэробное и анаэробное дыхание — два типа дыхания, встречающиеся на Земле. В аэробном дыхании окислителем или конечным акцептором электронов является молекулярный кислород. Одна молекула глюкозы содержит энергии, достаточной для образования 30 АТФ путем окислительного фосфорилирования. При анаэробном дыхании конечным акцептором электронов являются либо неорганические сульфаты, либо нитраты. Анаэробное дыхание происходит в гидротермальных источниках в глубоком море. Ферментация также является разновидностью анаэробного дыхания, которое происходит при метаболизме пирувата в цитоплазме без участия кислорода. Ферментация молочной кислоты в мышечных клетках и ферментация этанола в дрожжах — это два типа ферментации, встречающиеся среди организмов. На одну молекулу глюкозы при брожении образуется только две АТФ. Химическая реакция клеточного дыхания показана ниже.

У эукариот клеточное дыхание происходит в специализированных органеллах, называемых митохондриями. У прокариот это происходит в самой цитоплазме. Клеточное дыхание происходит также в матриксе, внутренней мембране митохондрий и цитоплазме. Первая стадия клеточного дыхания – 9-я.0005 гликолиз . Во время гликолиза глюкоза (С6) расщепляется на две молекулы пирувата (С3) в цитоплазме. Затем две молекулы пирувата импортируются в митохондрии. В присутствии кислорода пируват соединяется с оксалоацетатом (С4) с образованием цитрата (С6), удаляя ацетил-КоА во время цикла лимонной кислоты. Цикл лимонной кислоты — вторая стадия клеточного дыхания, которую также называют циклом Кребса . Во время цикла Кребса углекислый газ удаляется как отходы, при этом НАД восстанавливается до НАДН. 6НАДН, 2ФАДН ₂ и 2 АТФ на одну молекулу глюкозы образуются в цикле Кребса. Окислительное фосфорилирование , являющееся третьей стадией клеточного дыхания, происходит в митохондриальных кристах под действием фермента АТФ-синтазы с образованием 30 АТФ. Процесс клеточного дыхания показан на рис. 4 .

Фотосинтез и клеточное дыхание являются двумя основными метаболическими процессами, происходящими в организмах, управляющими всеми клеточными процессами в организме. Фотосинтез происходит только у хлорофилловых организмов. Он вносит наибольший вклад в производство пищи для всех живых форм на Земле. Следовательно, фотосинтезирующие организмы являются первичными продуцентами в пищевых цепях. Во время фотосинтеза глюкоза производится из углекислого газа и воды с использованием энергии солнечного света. Фотосинтезирующие организмы содержат специальные пигменты, такие как хлорофилл и каротиноиды, для улавливания света. Напротив, клеточное дыхание встречается у всех живых форм на Земле. При дыхании пища окисляется, чтобы получить потенциальную энергию, запасенную в виде АТФ. АТФ питает почти все клеточные процессы в клетке. Углекислый газ и вода образуются как отходы при клеточном дыхании. Газообразный кислород высвобождается во время фотосинтеза, который может использоваться в клеточном дыхании. Поэтому основное отличие фотосинтеза от клеточного дыхания заключается в их вкладе в метаболизм клетки.

Ссылка:
Купер, Джеффри М. «Фотосинтез». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Интернет. 03 апреля 2017 г.
Берг, Джереми М. «Цикл лимонной кислоты». Биохимия. 5-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Интернет. 04 апреля 2017 г.
Купер, Джеффри М. «Метаболическая энергия». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Интернет. 04 апреля 2017 г.

Изображение предоставлено:
1. «Изображения фотосинтеза» Автор Masroor.nida.ns — собственная работа (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia
2. «Фотосинтез» Автор Cykl_Calvina.svg: PisumThylakoid_membrane.svg: YikrazuulThylakoide.png: Tameeria pour la version anglaise , Pascal Corpet pour la traductionпроизводная работа: Marek M (talk) – Cykl_Calvina. svgThylakoid_membrane.svgThylakoide.png (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
.Файл:Pikilia.JPG (общественное достояние) через Commons Wikimedia
4. «CellRespiration» РегисФрей — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

Растения используют энергию света для преобразования углекислого газа (CO2) в воды в сахара и кислород, этот процесс известен всем как фотосинтез. Сахара могут храниться растением, транспортироваться в другие части растения и использоваться для стимулирования роста и функционирования клеток. Когда один из факторов фотосинтеза ограничен, энергии для поддержания растений становится меньше
поддержание и рост.

Многие люди забывают о процессе дыхания, который по существу противоположен фотосинтезу. Дыхание — это преобразование сахаров и кислорода в CO2, воду и энергию, используемые клетками. Этот процесс необходим для поддержания функций растений и, в отличие от фотосинтеза, протекает днем и ночью.

Таким образом, рост растений в значительной степени зависит от поступления сахаров в результате фотосинтеза и использования этих сахаров при дыхании. Концептуально все, что производители могут сделать для увеличения фотосинтеза и уменьшения дыхания, может увеличить рост, что приведет к более толстым стеблям, более быстрому укоренению, большему количеству ветвей и большему количеству цветов и плодов (рис. 1). Давайте рассмотрим эти факторы, чтобы понять, как изменение среды выращивания или культуры растений может повлиять на эти два важных процесса растений.

Свет. Фотосинтетически активное излучение, которое относится к фотонам с длиной волны от 400 до 700 нм, обычно является самым большим ограничивающим фактором для фотосинтеза растений, выращенных в контролируемых условиях. Для многих растений на каждые 10 % увеличения количества света приходится от 7 до 10 % увеличения роста. Чтобы существенно увеличить количество света, доступного для растений, дополнительное освещение должно обеспечивать по меньшей мере 60–100 мкмоль·м–2·с–1 для цветочных культур и работать от 12 до 20 часов в день. Для некоторых фруктовых и овощных культур может быть оправдана даже более высокая интенсивность.

Углекислый газ. Несмотря на то, что CO2 является одним из двух строительных блоков для фотосинтеза, его часто упускают из виду при выращивании сельскохозяйственных культур в теплицах. Сегодня концентрация CO2 снаружи составляет около 415 частей на миллион. Обогащение воздуха в теплице до 800–1000 ppm CO2 увеличивает фотосинтез и, следовательно, рост, особенно когда свет не является существенным ограничивающим фактором. Однако, возможно, более важно то, что дефицит CO2 замедляет фотосинтез и ограничивает рост. Дефицит CO2 может возникнуть, когда теплица заполнена растениями, вентиляция практически отсутствует, а уровень освещенности умеренный или высокий. При возникновении таких условий рекомендуется подавать воздух снаружи (даже когда он холодный) для пополнения CO2.

Вода. Вторым строительным элементом сахаров является вода, поэтому фотосинтез снижается, когда вода является ограничивающим фактором. Отказ от воды является эффективным способом подавления роста растений и делает растения более компактными, но это также обычно приводит к уменьшению листьев и уменьшению роста побегов. Вопрос в том, перевешивают ли преимущества водного стресса негативные последствия снижения фотосинтеза и, следовательно, роста растений? Конечно, ответ будет зависеть от урожая.

Температура. Дневная и ночная температура влияет на ряд процессов в растениях, в том числе на скорость фотосинтеза и дыхания, а также на развитие и высоту растений. Высокая дневная температура может усилить фотосинтез, особенно когда свет и CO2 не являются лимитирующими. Однако дыхание также увеличивается с температурой, потому что растениям требуется больше энергии для поддержания повышенной скорости деления и расширения клеток. Когда температура высока, но фотосинтез ограничен, растения продолжают развиваться, но у них меньше сахаров для поддержки роста. Обычно это приводит к тонким стеблям, слабому ветвлению, медленному укоренению и небольшому количеству мелких цветов.

Одним из способов противодействия ухудшению качества растений из-за низкого уровня освещения является замедление дыхания путем снижения температуры. Эта стратегия особенно эффективна ночью, так как дыхание замедляется, а фотосинтез — нет. Более высокая дневная температура, чем ночная, создает +DIF, что способствует удлинению стеблей у многих культур, поэтому могут потребоваться дополнительные стратегии контроля высоты. Несмотря на это, более теплый день, чем ночь, может привести к большему росту растений.

Питательные вещества. Для достаточного роста растениям требуется много макро- и микроэлементов, и некоторые из них особенно важны для фотосинтеза. Как и в случае с водой, ограничение некоторых из них (например, фосфора) может затормозить рост растяжек. Однако дефицит питательных веществ также замедляет фотосинтез. Перевешивают ли преимущества ограниченного питания последствия замедления роста?

Фотосинтез и клеточное дыхание растений с Cobra SMARTsense

Дыхание и фотосинтез, соотношение

Разница между фотосинтезом и клеточным дыханием

Основное различие — фотосинтез и клеточное дыхание

Что такое фотосинтез из углерода

Типы фотосинтеза

Что такое клеточное дыхание

Типы клеточного дыхания

Разница между фотосинтезом и клеточным дыханием

Присутствие

Определение

Органеллы

Тьма/Свет

Этапы

Кислород/двуокись углерода/вода

Метаболизм

Углеводы

Энергия

Форма энергии

Сухая масса

Тип фосфорилирования

Преобразование энергии

Конечный акцептор электронов

Пигменты

Коэнзимы

Заключение

Максимизация фотосинтеза, минимизация дыхания — новости о тепличных продуктах