Справочник химика 21. Какую роль играет хлорофилл в жизни растения
Фотосинтез. Хлоропласты. Хлорофилл
ВСПОМНИТЕ
Вопрос 1. Какие вещества входят в состав растений?
В состав растений входят органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные вещества (минеральные соли) и вода.
Вопрос 2. Какова роль хлоропластов в жизни растений?
Хлоропласты - это пластиды зеленого цвета, содержащиеся в клетках растений. В этих органоидах и происходит поглощение света и энергии с дальнейшим превращением питательные вещества и выделением кислорода.
Вопрос 1. Что такое фотосинтез?
Процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) в хлоропластах с использованием энергии света называют фотосинтезом.
Вопрос 2. Какие приспособления имеют растения к улавливанию световой энергии?
У растений имеются приспособления для улавливания света: широкая и плоская листовая пластинка; расположение листьев на стебле так, чтобы они не затеняли друг друга; прозрачная кожица, через которую, как через стекло, свет проникает внутрь листа.
Вопрос 3. Какова роль хлорофилла в процессе фотосинтеза?
Хлорофилл придаёт растению зелёную окраску. Именно он улавливает энергию света, необходимую для образования органических веществ.
Вопрос 4. Почему у растений, растущих рядом с цементным заводом, фотосинтез идёт менее интенсивно?
Потому что пыль, поступающая с цементного завода оседает на листьях растений. Прозрачная кожица становится мутной и не может пропускать солнечный свет. Поэтому в таких растениях процесс фотосинтеза идет менее интенсивно.
Вопрос 5. В чём проявляется космическая роль растений?
Именно благодаря фотосинтезу поддерживается постоянство газового состава в атмосфере. В настоящее время содержится около 21% кислорода и 0,03% углекислого газа. В использовании растением солнечной энергии проявляется связь между Землёй и Космосом — космическая роль растений.
ПОДУМАЙТЕ!
Почему можно считать, что жизнь на Земле зависит от фотосинтеза?
Фотосинтез – это процесс, от которого зависит вся жизнь на Земле. Он происходит только в растениях. В ходе фотосинтеза растение вырабатывает из неорганических веществ необходимые для всего живого органические вещества и кислород.
resheba.me
Хлорофилл роль в фотосинтезе - Справочник химика 21
Хлорофилл (разд. 25.1)-пигмент, содержащийся в листьях растений, который играет главную роль в превращении солнечной энергии в химическую в процессе фотосинтеза. [c.466]
Энергия, необходимая для восстановления углекислоты, доставляется в виде световой энергии, поглощается хлорофиллом и используется для фотохимической реакции. Таким образом, хлорофилл в процессе фотосинтеза играет роль фотосенсибилизатора. Поглощая световую энергию, он претерпевает изменения, а затем отдает эту энергию другим веществам и возвращается в исходное состояние. Эта роль хлорофилла в фотосинтезе была впервые открыта К. А. Тимирязевым, а затем подтверждена другими исследователями. [c.123]
В живых организмах различные классы комплексных соединений выполняют специфические функции в обмене веществ. Исключительно велика роль природных комплексных соединений в процессах дыхания, фотосинтеза, биологического окисления и в ферментативном катализе. Так, например, ионы Ре ,М + в качестве комплексообразователей входят в состав важнейших природных соединений — гемоглобина и хлорофилла. Структурные формулы этих веществ весьма сложные. Тем не менее общий принцип их построения можно выразить следующей схемой [c.207]
Как указывалось на стр. 218 и сл., первичный эффект при действии излучения состоит в создании либо энергетически богатых молекул, либо осколков молекул (обычно атомов или свободных радикалов). Молекулы, обладающие высокой энергией, могут переходить в конечные продукты (по-видимому, достаточно редко) или же диссоциировать на свободные радикалы или атомы. В некоторых случаях такие молекулы могут сталкиваться с другими молекулами и действовать как сенсибилизаторы. Наилучшим примером последнего случая может служить действие атомов ртути, поглощающих линию 2537 А. Хлорофилл при фотосинтезе в растениях, несмотря на значительно более сложный характер процессов по сравнению с процессами, протекающими под действием атомов ртути, выполняет, по существу, поскольку в конечном счете он не изменяется, такую же роль фотосенсибилизатора. [c.236]
Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла — зеленого красящего вещества растений, играющего роль своеобразного катализатора, переносчика солнечной энергии. Хлорофилл — это сложное органическое соединение, центральную часть которого составляют четыре ядра азотистого гетероцикла — пиррола, окружающие атом магния. Хлорофилл получен синтетически, выделять его в чистом виде из растений научились значительно раньше. [c.304]
Чтобы понять роль хлорофилла в фотосинтезе, важно иметь подробные сведения о природе наиболее низкого возбужденного состояния молекулы хлорофилла, так как сенсибилизация должна быть обусловлена взаимодействием хлорофилла в этом возбужденном состоянии с первичным субстратом или субстратами сенсибилизации (например, с комплексом СО2 , представляющим собой результат соединения СОд с акцептором или с окислителем Н2О см. т. I, гл. VII). Если это взаимодействие по своей природе является обратимым окислительно-восстановительным процессом, что можно считать вероятным, то анализ природы возбужденного состояния может позволить сделать определенные выводы относительно наиболее вероятного типа окислений (или восстановлений). Теоретический анализ спектров [c.26]
Комплексообразователем в хлорофилле выступает магний, а в гемоглобине — железо. В одной плоскости с металлом располагаются четыре атома азота органического лиганда. По одну сторону от плоскости железо присоединяет молекулу белка (глобина), а по другую сторону — молекулу кислорода. Такой продукт называется оксигемоглобином. Он образуется в легких, где гемоглобин присоединяет кислород воздуха и далее в виде оксигемоглобина разносится по всему организму. В кровеносных капиллярах происходит отщепление кислорода, который используется для осуществления различных ферментативных процессов окисления органических веществ. Гемоглобин возвращается в легкие и снова участвует в переносе кислорода. Хлорофилл играет важнейшую роль в процессах фотосинтеза, протекающих во всех зеленых растениях. [c.154]
Первичным эффектом излучения, как было указано на стр. 11, является образование либо молекул с повышенной энергией, либо осколков молекул, обычно атомов или свободных радикалов. Молекулы с повышенной энергией могут (вероятно, редко) перегруппировываться в конечные продукты реакции немедленно или после ряда превращений или же они могут в конце концов диссоциировать на свободные радикалы или атомы. В некоторых случаях они могут сталкиваться с другими молекулами и передавать им частично или полностью свою энергию. В таких случаях они выполняют роль, как говорят, сенсибилизаторов. Наилучшим примером последних служит действие атомов ртути, которые поглощают излучение длины волны 2537 А и вызывают множество химических реакций. Атомы ртути не уводятся из сферы реакции надолго. Роль хлорофилла в фотосинтезе растений, несмотря на значительно более сложное строение его, чем ртутных атомов, является по существу ролью фотосенсибилизатора, поскольку он в конечном счете не изменяется. [c.29]
Велика роль координационных соединений в жизнедеятельности животных и растительных организмов. Достаточно назвать гемоглобин — переносчик кислорода в крови, хлорофилл, с которым связаны процессы фотосинтеза в растениях. [c.244]
Не менее важной заслугой Тимирязева является открытие роли хлорофилла как сенсибилизатора фотохимических реакций, происходящих при фотосинтезе. Он экспериментально установил, что фотосинтез осуществляется преимущественно п красных и синих лучах видимого спектра. Тимирязев провел следующий опыт. Ряд стеклянных трубочек, наполненных смесью воздуха и диоксида углерода и содержащих по одному одинаковому зеленому листу, был выставлен на разложенный с помощью трехгранной призмы солнечный свет так, что в каждой части солнечного спектра находилась одна трубочка. Через каждые несколько часов определялось содержание диоксида углерода в трубочках. Оказалось, усвоение СО2 происходит только в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом, т. е. в красных, оранжевых и желтых частях спектра. Некоторые результаты опыта представлены на ркс. 49 в виде графика, на котором по оси ординат отложены количества поглощенной СО2 в каждой из трубочек. [c.176]
Гемоглобин и миоглобин —комплексы железопорфиринов с белками, выполняющие функцию фиксации и транспорта молекулярного кислорода в организмах животных. Цитохромы, имеющие аналогичную принципиальную структуру, выполняющие роль переносчика электрона в схемах фотосинтеза, дыхания, окислительного фосфорилирования и др. окислительно-восстановительных реакциях, найдены у всех животных, растений и микроорганизмов. Хлорофиллы — главные участники процессов фотосинтеза — содержатся в высших растениях, водорослях и фотосинтезирующих бактериях. [c.265]
Несмотря на чрезвычайно малое содержание микроэлементов в растениях, роль их очень велика при достаточном наличии микроудобрений образование хлорофилла повышается, интенсивность фотосинтеза возрастает, деятельность ферментативного комплекса усиливается, дыхание растений улучшается, восприимчивость растений к заболеваниям понижается. Все это приводит к повышению урожайности. [c.423]
Хлорофилл Ь непосредственно не участвует в фотосинтетических превращениях. Его роль состоит в том, что он улавливает и собирает свет. После фотовозбуждения хлорофилл Ь быстро передает избыточную энергию молекуле хлорофилла а, которая затем принимает непосредственное участие в превращениях фотосинтеза. [c.162]
Вся жизнь на земле в конечном счете зависит от синтеза углеводов за счет усвоения углекислоты из атмосферы. Солнечный свет обеспечивает энергией этот процесс, в целом известный под названием фотосинтеза. Первой стадией фотосинтеза является поглощение фотона пигментами в многоклеточных растениях наиболее важную роль играет хлорофилл-а. Энергия фотона трансформируется в химическую энергию, обеспечивающую протекание реакции СО2—и образование углерод-углеродных связей эта реакция представляет собой восстановительное карбоксилирование, со- [c.216]
Однако суммарное уравнение фотосинтеза не дает представления о его механизме. Это сложный многоступенчатый процесс, в котором с биохимической точки зрения центральная роль принадлежит хлорофиллу — органическому веществу зеленого цвета. [c.608]
Важную роль играет сенсибилизация в фотосинтезе, где в качестве сенсибилизатора выступает хлорофилл. [c.160]
Из курса биологии известно, что азот играет огромную роль в жизни. Об азоте говорят он более драгоценен, чем самые редкие из благородных металлов. Мы знаем, что он входит в состав белковых веществ — основы жизни (содержание азота в белках достигает 16—18%), а также в состав других органических соединений, в том числе хлорофилла. При недостатке азота рост растений задерживается, листья приобретают сначала бледно-зеленую окраску, затем желтеют и процесс фотосинтеза прекращается. Между тем растения не могут усваивать свободный азот из воздуха и азот органических веществ из почвы. Они извлекают азот из почвы в виде ионов аммония NH + и нитратных ионов NOa . Эти ионы образуются при участии бактерий из органических соединений азота. Однако, некоторые бактерии переводят азот в свободное состояние. [c.59]
Комплексообразователем в хлорофилле выст пает магний, а в гемоглобине — железо. В одной плоскости с металлом располагаются четыре атома азота органического лиганда. По одну сторону от плоскости железо присоединяет молекулу белка (глобина), а по другую — молекулу кислорода. Такой продукт называется оксигемоглобином. Он образуется в легких, где гемоглобин присоединяет кислород воздуха и далее в виде оксигемоглобина разносится по всему организму. Хлорофилл играет важнейшую роль в процессах фотосинтеза, протекающих во всех зеленых растениях. [c.110]
Пластиды — это органеллы клеток растений, выполняющие различные функции. Наиболее важную роль играют хлоропласты, содержащие-хлорофилл структуры, в которых протекает фотосинтез. Как и в митохондриях, в хлоропластах имеется складчатая внутренняя мембрана и некоторое количество ДНК небольшого молекулярного веса. [c.34]
Соединения азота. Азот — важнейший элемент питания, необходимый для нормального развития растений. Он входит в состав белков (до 16—18 % их массы), нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина, фосфатидов, алкалоидов. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток. В формировании почвенного покрова и плодородия экосистем, в повышении продуктивности земледелия и улучшении белкового питания человека азот столь же незаменим, как углерод. [c.66]
В дореволюционной России систематических исследований в области химии лекарственных веществ почти не проводилось. Между тем, замечательные открытия А. М. Бутлерова (1828—1886), создавшего теорию химического строения, Н. Н. Зинина (1812—1880), впервые получившего анилин из нитробензола и положившего этим начало синтезу искусственных красителей, исследования А. А. Воскресенского (1809—1880) и А. Н. Вышнеградского (1851—1880) в области установления строения алкалоидов, Н. И. Лунина (1854—1937), открывшего существование и значение витаминов, К. А. Тимирязева (1843—1920), выявившего роль хлорофилла в фотосинтезе у растений, и исследования многих других русских ученых в различных разделах химии и биологии, в значительной мере способствовали развитию естественных наук, а в том числе и химии физиологически активных и биологически важных веществ. Вместе с тем, Россия не имела собственной фармацевтической промышленности. Огромные сырьевые возможности использовались в самой незначительной мере. Потребность в лекарственных средствах удовлетворялась почти исключительно за счет импорта. [c.12]
Детали синтеза углеводов и механизмов фотофосфорилирования лежат за пределами настояш,ей книги. Однако мы остановимся здесь на роли в этих процессах пигментов, поскольку они имеют фундаментальное значение в улавливании и утилизации энергии света. Светособирающая роль хлорофилла в фотосинтезе— вероятно, наиболее яркий пример специфических биологических фотофункций природного пигмента. Функционирование каротиноидов и фикобилинов в качестве вспомогательных пигментов также прямо связано с их светопоглощающими свойствами. Другие окрашенные молекулы, в том числе цитохромы и флавопротеины, участвуют в фотосинтезе как часть электронтранспортных систем способность этих соединений поглощать видимый свет не имеет отношения к их функционированию. Ниже будут освещены вопросы о том, как поглощающие свет пигменты расположены в фотосинтетическом аппара- [c.328]
Феопорфирин а и дезоксофилоэритрин были получены полным синтезом (Г. Фишер), причем подтвердилось приведенное выше строение хлорофиллов. Недавно был осуществлен полный синтез хлорофилла одновременно двумя коллективами одним — под руководством Р. Б. Вудворда и другим — под руководством М. Стрелла и А. Коло-янова (1960 г.). О роли хлорофилла в фотосинтезе в зеленых листьях уже говорилось. [c.634]
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]
Количественное исследование с различными растворителями и акцепторами и с различными интенсивностями света и длинами волн должно внести ясность в проблему сенсибилизированных хлорофиллом реакций in vitro. Это может явиться важным шагом вперед в понимании роли хлорофилла в фотосинтезе. Предпосылкой таких исследований является необходимость работы с чистыми свежими препаратами хлорофилла, а пе с грубыми экстрактами или препаратами, хранившимися продолжительное время. Окислительно-восстановительные свойства хлорофилла, повидимому, наиболее чувствительные признаки этого весьма чувствительного соединения, и они могут быстро изменяться при хранении не только в растворе, но и в сухом состоянии. [c.527]
Современное состояние знаний о фотосинтезе является результатом двухвековой работы ученых. Сначала Пристли (1771 г.), затем Сенебьи (1782 I.) и Соссюр (1804 г.) установили выделение чистого воздуха (кислорода) и накопление углерода при фотосинтезе растений. Буссенго точно определил газообмен растений и первым установил, что при усвоении 6 моль СО2 выделяется 6 моль кислорода. Исключительно важную роль в развитии учения о фотосинтезе сыграли исследования Тимирязева. Он пришел к убеждению, что световая энергия, необходимая для фотосинтеза, поглощается хлорофиллом — сенсибилизатором фотосинтеза. Тимирязев писал Я был первым ботаником, заговорившим о законе сохранения энергии и соответственно с этим заменившим и слово свет выражением лучистая энергия [7]. [c.7]
Мацков еще в 193S году обнаружил, что начиная с фазы колошения у пшеницы абсолютное и относительное содержание хлорофилла в листьях постепенно уменьшается, а в листовых влагалищах, стеблях и колосьях — возрастает. Эти факты были подтверждены позднее многими исследователями, изучавшими роль фотосинтеза колосьев в образовании зерна у пшеницы и других культурных злаков (ячмень, рис и др.). [c.61]
В связи с различными условиями питания изучались рост и развитие корневой системы пшеницы, линейный рост растений, изменения структурных эле-> ментов урожаТ , а из физиологических показателей интенсивность и продуктивность фотосинтеза, содержание хлорофилла, роль ферментов (каталазы), показатели водного режима, накопление сухого вещества по орГ анам растения, ди .aмикa налива зерна и другие. -Все. эТи показатели каждый в отдельности и в совокупности должны были характеризовать значимость отдельных удобрений и их место в формировании урожая в конкретной обстановке (почвенная разность, сорт, различная водообеспеченность). [c.17]
Комплексы с участием порфина называются порфи-ринами. Они отличаются друг от друга центральными ионами-комцлексообразователями и заместителями, присоединенными к атомам углерода на периферии лиганда. В наиболее простом виде порфиновый цикл представлен четырьмя атомами азота, соединенными углеродными цепями (рис. 3.4, а). Кроме того, имеются четыре или более заместителей - радикалов К], Кг, Кз, К4 - В зеленом катализаторе фотосинтеза - хлорофилле роль комплексообразователя выполняет магний (рис. 3.4, б). Макроциклический комплекс железа входит в состав гемоглобина (рис. 3.4, в). [c.74]
Недавно А. Н. Терениным [291] была дана новая теория фотохимических реакций красителей, предполагаюш ая в качестве первичного фотохимического процесса превращение сенсибилизирующего красителя в состояние малоустойчивого бирадикала с двумя изолированными электронами. Такой, обладающий высокой активностью, бирадикал вступает затем во вторичные окислительно-восстановительные реакции. Эта теория приводит к новым точкам зрения на роль и судьбу хлорофилла при фотосинтезе. [c.310]
История изучения фотосинтеза начинается с 1881 г., когда Ю.Л. Мейер доказал, что фотосинтез протекает в структурах листьев растений - хлоро-пластах. В 20-х годах XX в. К.А. Тимирязев исследовал роль специальных структур - пигментов, называемых хлорофиллами, в поглощении солнечного света (особенно красного и синего) и использовании световой энергии в фотосинтезе. В 1937 г. Р. Хилл открыл фотолиз воды, или фотохимическое окисление воды и образование кислорода, а в 50-х годах М. Калвин с сотрудниками изучили так называемую темновую стадию, во время которой образуются органические вещества. Фотосинтез протекает в хлоропла-стах, которые содержат все необходимое для синтеза органических соединений фоточувствительные пигменты, переносчики электронов, ферменты, коферменты, различные органические соединения, используемые в ходе биосинтеза на темновой стадии. Световая стадия фотосинтеза показана на рис. 39 и может быть описана суммарным уравнением [c.92]
Недавно удалось показать, что в порфириноподобных молекулах также происходят синглетно-триплетные переходы [21]. Исследовались как флуоресценция (т10 сек.) целого ряда веществ—зтиопорфиринов, фтало-цианинов и феофорбидов. Было обнаружено, что в молекулах с непарамагнитным металлическим ионом (соединения, содержащие Mg , 2п ) наблюдается яркая флуоресценция, тогда как молекулы, содержащие парамагнитные ионы (Си , N1 ), фосфоресцируют, но не флуоресцируют. Авторы цитируемой работы воспользовались своими результатами при обсуждении роли хлорофилла в фотосинтезе (см. гл. VI). [c.110]
БольшуЕО роль играют хелатные соединения и в природе. Так, гемоглобин состоит из комплекса — гема, связанного с белком — глобином, В геме центральным ионом является ион Fe +, вокруг которого координированы четыре атома азота, принадлежащие к сложному лиганду с циклическими группировками. Гемоглобин обратимо присоединяет кислород и доставляет его из легких по кровеносной системе ко всем тканям. Хлорофилл, участвующий п процессах фотосинтеза в растениях, построен аналогично, но в качестве центрального иона содержит Mg +. [c.588]
Процессы фотосинтеза весьма детально изучаются в течение ряда лет, однако они еще ни в коей мере не могут считаться окончательно выясненными. В особенности спорной является первая стадия фотосинтеза— образование восстанавливающего первичного продукта под действием света. Мы знаем, что для этого необходимы зеленые красители листьев —хлорофилл а и в некоторых ассимилирующих бактериях соответствуюн1ую роль играет бактериальный хлорофилл . Возможно, что для процессов ассимиляции необходимы также другие пигменты так, неоднократно высказывалось мнение, что в процессах ассимиляции принимает участие -каротин. [c.983]
В конце XIX столетия польские ученые Ненцкий и Мархлевский установили, что в составе хлорофилла, так же как и в гемоглобине, центральное место занимает порфириновое кольцо, построенное из четырех молекул пиррола, соединенных мостиками из СН групп в центральной полости всей структуры помещается магний, так же как в гемоглобине железо. Этому важному открытию сразу приписали роль доказательства общности генезиса растений и животных. Это мнение еще усилилось недавно, когда открыто было, что и в растениях при фотосинтезе наряду с магниевым пор-фирином действует также и порфирин железный. [c.339]
Поскольку при переходе в возбужденные состояния (синглетные и триплетные) энергия молекул повышается, последние приобретают химические свойства, которых не было у невозбужденных молекул [67, 67а]. Изменения значений рА а функциональных групп при переходе в возбужденное состояние могут приводить к диссоциации протонов или к их присоединению. Диссоциация на ионы или радикалы иногда сопровождается разрывом связей. Могут протекать реакции фотоприсоединения и фотоотш,епления, а также изомеризация молекул, играюш,ая важную роль в функционировании зрительных рецепторов. Возбужденные молекулы могут стать сильными окислительными агентами, способными принимать атомы водорода или электроны от других молекул. Примером такого рода служит фотоокисление ЭДТА рибофлавином (подвергающимся фотовосстановлению, как показано на рис. 8-15). Более важным с точки зрения биологии процессом является фотосинтез, в ходе которого возбужденные молекулы хлорофилла осуществляют фотовосстановление других молекул, временно оказываясь при этом в окисленном состоянии. К сожалению, ценность исследования фотохимических реакций сильно снижается возможностью протекания множества параллельных реакций, зачастую приводящих к образованию огромного количества разных фотохимических продуктов (достаточно взглянуть на тонкослойную хроматограмму продуктов распада рибофлавина, рис. 2-34). [c.33]
Пигменты зеленых частей растений, содержащиеся в хлоропластах наряду с каротино-идами (в соотношении 3 1),-сине-зеленый хлорофилл а (XVI R = = Hj) и желто-зеленый хлорофилл 6 (XVI R = СНО), играющие важную роль в процессах фотосинтеза (см. Хлорофиллы). Кроме [c.491]
Неравновесные электронно-возбужденные состояния молекул играют решающую роль в первичных актах фотосинтеза. Кванты света поглощаются системой молекул хлорофилла, затем по экситонному механизму энергия возбуждения передается димеру хлорофилла с послед, фотохим. разделением заряда. Порождаемые внеш. воздействием (светом, хим. превращениями в среде) неравновесно возбужденные атомы, молекулы, сложные мол. комплексы обусловливают высокую избирательность биохим. р-ций, управление и самоорганизацию хим., биол. и физиол. процессов, характерных для живой природы (см. Самоорганизация в неравновесных процессах). [c.219]
Огромную роль в процессе фотосинтеза играет маг-нимсодержащий растительный пигмент хлорофилл, образующий комплексные соединения с белками и липидами хлор он ластов. Хлорофилл весьма близок по строению к гему. Показано, что и пути образования этих соединений принципиально одинаковы. [c.44]
Азот - важнейший элемент питания, необходимый для нормального развития растений и живьк организмов. Он входит в состав белков (до 16-18% их массы), нуклеиновьк кислот, хлорофилла. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новьк клеток. [c.16]
Экстрактивные вещества имеют важное практическое значение. Они играют очень большую роль в жизни дерева участвуют в процессе фотосинтеза (хлорофилл) служат резервными питательными веществами (крахмал, жиры и др.) обладая фунгицидным, бактерицидным и инсектицидным действием, обеспечивают устойчивость к дереворазрушающим фибам, микроорганизмам и насекомым (фенольные соединения) защищают при повреждениях (экссудаты). Экстрактивные вещества в значительной степени определяют цвет и запах древесины. Содержащиеся в некоторых древесных породах красители делают их древесину ценным отделочным материалом (красное дерево и т.п.). При механической переработке древесины экстрактивные вещества могут повлиять на ее обрабатываемость инструментами и привести к их коррозии. Экстрактивные вещества оказывают сильное влияние на проницаемость древесины и тем самым на процессы ее пропитки растворами антисептиков, антипиренов и химических реагентов. [c.501]
chem21.info
Какую роль играет зеленый лист
Почти двести лет назад шведский ученый Шееле открыл газ кислород, а затем, независимо от него, этот газ открыл английский химик Джозеф Пристли. Французский ученый Лавуазье установил, что этого газа в атмосферном воздухе 21%. Пристли заинтересовался: откуда же поступает кислород в атмосферу, если он постоянно тратится при дыхании животных, человека и при горении? И он нашел ответ в зеленом листе.
В 1771 г. Пристли доказал с помощью простого опыта, что животные делают воздух непригодным для дыхания, а растения его «очищают». На окне, освещенном солнцем, он накрыл стеклянным колпаком живую мышь. Через несколько часов мышь сдохла от недостатка кислорода. Но когда Пристли поместил под колпак вместе с мышью веточку мяты, мышь чувствовала себя как обычно, и не испытывала недостатка в кислороде. Открытие Пристли произвело на современников громадное впечатление. Но вскоре оказалось, что этот опыт удается далеко не всегда, даже у самого Пристли.
В 1779 г. голландец Ян Ингенхуз уточнил опыт Пристли. Он выяснил, что зеленое растение «очищает» воздух только на солнечном свету. Еще большую ясность внес в этот загадочный опыт швейцарский ботаник Жан Сенебье. В 1782 г. он окончательно установил, что днем при солнечном свете зеленое растение выделяет кислород. И, наконец, он доказал, что зеленое растение «очищает» воздух не потому, что оно дышит, а в связи с его углеродным питанием. Растение поглощает из воздуха углекислый газ и расщепляет его на кислород и углерод. Кислород оно освобождает в атмосферу, а из углерода и воды образует в своем организме безазотистые вещества — углеводы (крахмал, сахар). Впоследствии этот процесс был назван фотосинтезом («образованием вещества на свету»).
Чтобы узнать подробнее, как это происходит, надо заглянуть в зеленую лабораторию растения — в клетку. Зеленый цвет листа зависит от особых зеленых, так называемых хлорофилловых, зернышек, или хлоропластов. Почти у всех растений хлоропла-сты шаровидные или слегка вытянутые. Они такие же живые образования клетки, как протоплазма и ядро, и даже могут делиться путем простой перетяжки. В каждой клетке несколько десятков, а иногда и свыше сотни хлоропластов. Они состоят из бесцветной протоп-лазматической основы и зеленого пигмента—хлорофилла. Кроме хлорофилла, в хлоропластах есть и желтые пигменты. Понижение температуры разрушает хлорофилл, но не действует на желтый пигмент. Поэтому осенью, когда воздух становится холоднее, листья начинают желтеть.
Как всякое окрашенное тело, хлорофилл поглощает световые лучи. Знаменитый русский ученый К. А. Тимирязев доказал, что зерна хлорофилла поглощают не все видимые лучи спектра, а только красные и сине-фиолетовые. Фотосинтез может совершаться только на свету и только в зеленых частях растения. Зеленые лучи хлорофиллом не поглощаются. Этим и объясняется их зеленая окраска.
Водяные растения выделяют на свету пузырьки газа. В том, что этот газ — кислород, можно убедиться на простом опыте. В банке с водой покрывают опрокинутой воронкой ветки водяного растения элодеи. На узкий конец воронки одевают пробирку, наполненную водой. Ветки элодеи начнут выделять пузырьки газа, которые пройдут в пробирку и вытеснят из нее воду. Если в этот газ внести тлеющую лучинку, она сразу же вспыхнет ярким пламенем.
Из атмосферы проникает в растение углекислый газ. Он состоит из углерода и кислорода. В зеленом хлоропласте под влиянием солнечного света, поглощенного хлорофиллом, углекислый газ соединяется с водой и из этого соединения образуются частицы крахмала или сахара. При такой химической реакции часть кислорода освобождается и выделяется в атмосферу.
Крахмал в хлоропластах легко обнаружить, так как он окрашивается йодом в синий цвет. Если на разрез картофельного клубня капнуть слабым раствором йода, белая поверхность разреза станет синей. Такой же опыт можно провести и с зеленым листом. Комнатное растение — герань или бальзамин — ставят на 2—3 дня в темноту. За это время весь крахмал в листьях растворится и перейдет в сахар. Чтобы убедиться в этом, один из листьев опускают в спирт, лист обесцвечивается, а затем его кладут в слабый раствор йода. Если лист не посинеет, значит, весь крахмал в нем уже растворился. С выдержанного в темноте растения срезают несколько листьев и ставят их черешками в стакан с водой. Часть каждого листа закрывают черной бугмагой или фольгой (металлической оберткой конфет). Стакан с листьями ставят на несколько часов под непрерывный солнечный свет. Затем листья обесцвечивают спиртом и проявляют в растворе йода. На места, которые при освещении были покрыты бумагой, йод не подействует; те же части листа, которые были освещены, посинеют, так как в них образовался крахмал.
Лист хорошо приспособлен для поглощения углекислого газа. С обеих сторон он одет покровной тканью, или эпидермисом. Клетки этой ткани плотно прилегают друг к другу. Сверху эпидермис прикрыт тонким слоем жирового вещества — кутикулой, которая почти не пропускает в растение паров воды и газов. В эпидермисе есть отверстия — устьица, состоящие из двух смыкающихся клеток. Клетки эти могут отходить друг от друга, и тогда между ними образуется щель, сквозь которую и проникает в растение углекислый газ. Днем устьица под влиянием света обычно открыты, а на ночь закрываются. Смыкаясь и размыкаясь, устьица регулируют вход в растение углекислого газа и выход испарений воды.
Под эпидермисом в листе залегает ткань, содержащая хлорофилловые зерна. Она названа столбчатой, или палисадной, паренхимой, потому что состоит из вытянутых столбиками клеток. Под ней находится ткань с более рыхло расположенными клетками — губчатая паренхима. В хлоропластах столбчатой и губчатой паренхимы и осуществляется фотосинтез. Кроме того, весь лист пронизывают жилки (ботаники называют их «сосудисто-волокнистыми пучками»). Каждая жилка состоит из нескольких трубчатых сосудов. По одним сосудам от корнейчерез стебель поступает к листьям вода, по другим — ситовидным трубкам — передвигаются от листьев к стеблю и корням растворы сахара и других органических веществ, образовавшихся при фотосинтезе.
Для образования крахмала из углекислого газа и воды нужна энергия света, и хлоропласти получают ее в виде энергии солнечного листа. Эта энергия переходит в крахмал. При соединении крахмала с кислородом (окислении) она высвобождается. Бросьте растение в костер — оно сгорит, выделяя тепловую и световую энергию. Образовавшиеся в процессе фотосинтеза органические вещества (крахмал, сахар) способны гореть;
Эта энергия используется растением на дыхание, рост и другие процессы его! жизнедеятельности. Дыхание, т. е. окисление органического вещества, идет в зеленом листе круглые сутки, а фотосинтез — только днем на свету, но зато: намного интенсивнее, чем дыхание. Окисляясь, органическое вещество выделяет ту энергию, которую оно получило в момент его образования от солнечного луча. Энергия не г исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую: световая — в химическую, химическая — в механическую или тепловую. Так осуществляется в жизни растения один из основных законов природы — закон сохранения энергии.
Зеленый лист — источник жизни на нашей планете. Он питает растения, а растениями; питаются животные. Хлорофилловое зерно — S. это единственная в мире лаборатория, в которой из простых неорганических веществ создаются с помощью энергии солнечного! луча сложные органические вещества — крахмал и сахар. К. А. Тимирязев установил, что фотосинтез представляет собой процесс! усвоения и консервирования солнечной энергии и что растение усваивает при фотосинтезе всего лишь от одного до двух процентов! энергии солнечных лучей, падающих на него. Но и этого вполне достаточно, чтобы растения могли прокормить весь животный мир.
Чем больше солнечных лучей усвоят растения, тем полнее энергия Солнца будет использована для жизни на Земле. Поэтому важнейшая задача сельского хозяйства — как можно полнее уловить солнечные лучи. Чем обширнее посевные площади, чем лучше распределены растения на полях, чем урожайнее сорта этих растений, тем больше уловлено солнечной энергии.
Человек использует не только тот солнечный луч, который падает на землю сейчас, но и тот, который упал на нее десятки и сотни миллионов лет назад. На Земле тогда росли на обширных болотах гигантские древовидные папоротники, хвощи и плауны. Стволы умерших древесных растений сваливались в болота. Тысячелетиями они разлагались бактериями без доступа кислорода, слои земли засыпали их, давили и прессовали своей тяжестью. Так в недрах Земли накапливались большие залежи каменного угля. Нефть тоже представляет собой, по-видимому, химически измененные остатки растений, живших на планете в отдаленные времена. В более поздние периоды жизни Земли из сфагнового мха начал образовываться торф. Образуется он и в наше время. Изобретатель паровоза Стефенсон спросил однажды своего приятеля:
— Знаешь ли ты, что двигает этот поезд?
— Конечно. Твое изобретение,— ответил его собеседник.
— Нет. Его двигает солнечный луч, поглощенный зеленым растением сотни миллионов лет назад.
pandia.ru
