что происходит с энергией при фотосинтезе. Поглощаемая растениями при фотосинтезе солнечная энергия запасается
что происходит с энергией при фотосинтезе
Когда фотон сталкивается с 250-400 молекулами Фотосистемы II, энергия скачкообразно возрастает и передается на молекулу хлорофилла. В этот момент происходят две химические реакции: молекула хлорофилла теряет два электрона (которые принимает другая молекула, называемая акцептором электронов) и расщепляется молекула воды. Электроны двух атомов водорода, входивших в молекулу воды, возмещают два потерянных хлорофиллом электрона.
После этого высокоэнергетический («быстрый» ) электрон перекидывают друг другу, как горячую картофелину, собранные в цепочку молекулярные переносчики. При этом часть энергии идет на образование молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) , одного из основных переносчиков энергии в клетке (см. Биологические молекулы) . Тем временем немного другая молекула хлорофилла Фотосистемы I поглощает энергию фотона и отдает электрон другой молекуле-акцептору. Этот электрон замещается в хлорофилле электроном, прибывшим по цепи переносчиков из Фотосистемы II. Энергия электрона из Фотосистемы I и ионы водорода, образовавшиеся ранее при расщеплении молекулы воды, идут на образование НАДФ-Н, другой молекулы-переносчика.
В результате процесса улавливания света энергия двух фотонов запасается в молекулах, используемых клеткой для осуществления реакций, и дополнительно образуется одна молекула кислорода. После того как солнечная энергия поглощена и запасена, наступает очередь образования углеводов. Основной механизм синтеза углеводов в растениях был открыт Мелвином Калвином, проделавшим в 1940-е годы серию экспериментов, ставших уже классическими. Калвин и его сотрудники выращивали водоросль в присутствии углекислого газа, содержащего радиоактивный углерод-14. Им удалось установить химические реакции темновой фазы, прерывая фотосинтез на разных стадиях.
Цикл превращения солнечной энергии в углеводы — так называемый цикл Калвина — сходен с циклом Кребса (см. Гликолиз и дыхание) : он тоже состоит из серии химических реакций, которые начинаются с соединения входящей молекулы с молекулой-«помощником» с последующей инициацией других химических реакций. Эти реакции приводят к образованию конечного продукта и одновременно воспроизводят молекулу-«помощника» , и цикл начинается вновь. В цикле Калвина роль такой молекулы-«помощника» выполняет пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат (РДФ) . Цикл Калвина начинается с того, что молекулы углекислого газа соединяются с РДФ. За счет энергии солнечного света, запасенной в форме АТФ и НАДФ-H, сначала происходят химические реакции связывания углерода с образованием углеводов, а затем — реакции воссоздания рибулозодифосфата. На шести витках цикла шесть атомов углерода включаются в молекулы предшественников глюкозы и других углеводов. Этот цикл химических реакций будет продолжаться до тех пор, пока поступает энергия. Благодаря этому циклу энергия солнечного света становится доступной живым организмам.
otvet.mail.ru
68. Уникальная роль процесса фотосинтеза на Земле. Образование энергии при фотофизических и фотохимических процессах фотосинтеза.
Зеленые растения — биологи называют ихавтотрофами— основа жизни на планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи. Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасенную в углеводах (см.Биологические молекулы), из которых важнее всего шестиуглеродный сахар глюкоза. Этот процесс преобразования энергии называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. Так создается пищевая цепь, поддерживающая планетарную экосистему.
Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит так:
вода + углекислый газ + свет → углеводы + кислород
Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют кислород — продукт жизнедеятельности растений (см.Гликолиз и дыхание). К тому же, фотосинтез играет важнейшую роль в круговороте углерода в природе.
Фотосинтез начинается с того, что излучаемые солнцем фотоны попадают в особые пигментные молекулы, находящиеся в листе, — молекулыхлорофилла. Хлорофилл содержится в клетках листа, в мембранах клеточных органелл хлоропластов (именно они придают листу зеленую окраску). Процесс улавливания энергии состоит из двух этапов и осуществляется в раздельных кластерах молекул — эти кластеры принято называть Фотосистемой I и Фотосистемой II. Номера кластеров отражают порядок, в котором эти процессы были открыты, и это одна из забавных научных странностей, поскольку в листе сначала происходят реакции в Фотосистеме II, и лишь затем — в Фотосистеме I.
ФОТОСИ́НТЕЗ - уникальный физико-химический процесс, осуществляемый на Земле всеми зелеными растениями и некоторыми бактериями и обеспечивающий преобразование электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей различных органических соединений. Основа фотосинтеза — последовательная цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых осуществляется перенос электронов от донора — восстановителя (вода, водород) к акцептору — окислителю (СО2, ацетат) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением O2, если окисляется вода.
Фотофизические и фотохимические процессы, инициируемые ультрафиолетовым излучением, с чисто химической точки зрения не приводят к какому-либо превращению вещества, а затрагивают лишь отдельные стадии сложных химических реакций.
Для фотофизических и фотохимических процессов в многоатомных молекулах большое значение имеет их строение.
Во многих случаях, фотофизические и фотохимические процессы связаны с образованием триплетных возбужденных молекул или триплетных экситонов.
Энергия кванта излучения, поглощенная молекулой, может расходоваться в фотофизических и фотохимических процессах. В результате фотофизических процессов происходит рассеивание поглощенной энергии или передача ее другим молекулам.
Одной из основных задач фотохимика является установление природы и определение эффективности первичных фотофизических и фотохимических процессов. Именно таким путем можно найти связь между спектроскопическими свойствами, структурой молекулы и путями фотопроцесса. Из-за больших трудностей, встречающихся в подобных работах, в настоящее время ощущается недостаток количественных данных такого рода. Если в результате первичного процесса образуется устойчивый продукт, то квантовый выход этого продукта служит непосредственной мерой эффективности этой стадии. Однако бывает трудно доказать, что данный продукт является первичным продуктом, а также установить природу возбужденного состояния, из которого он возникает, и оценить первичный квантовый выход образования свободных радикалов или возбужденных молекул.
Важно заметить, что из правила сохранения спина вытекает разная реакционная способность при фотофизических и фотохимических процессах переноса энергии от электронно-возбужденного атома или молекулы к триплетным или синглетным молекулам. Поэтому правило Вигнера широко применяется к фотофизическим спектроскопическим процессам. Эти работы привели к созданию эффективных конверторов инфракрасного излучения в видимое без предварительного возбуждения и к развитию новых представлений о механизме явления сенсибилизации фотофизических и фотохимических процессов, в том числе очувствления ( оптической сенсибилизации) фотографических материалов к длинноволновому излучению. Установленная авторами широкая распространенность кооперативных явлений открывает новые пути к изучению и таких важнейших, тем не менее далеко н & ясных даже в основных звеньях явлений природы, как фотосинтез.
Чтобы рационально подойти к объяснению этих общих наблюдений, весьма существенно дифференцировать первичные и вторичные реакции, а также, насколько это возможно, оценить относительные эффективности первичных фотофизических и фотохимических процессов.
Из других видов энергии в процессах тонкого химического-синтеза представляют интерес: перенос оптического излучения, энергии акустических колебаний, ионизирующего излучения. Процесс переноса оптического излучения происходит в фотофизических и фотохимических процессах, перенос энергии акустических волн - в звукохимических процессах и при перемешивании при помощи ультразвуковых колебаний, ионизирующего излучения - радиационно-химических процессах.
studfiles.net
Параграф 16. Фотосинтез
1. Какие вещества входят в состав растений?
В состав растений входят вода, минеральные и органические вещества.
2. Какие органические вещества вы знаете?
Углеводы, белки, липиды.
3. Какое вещество придаёт листьям зелёную окраску?
Зелёную окраску листьям придаёт хлорофилл.
Вопросы
1. Какие условия необходимы для образования крахмала в листе?
2. Какой опыт можно провести, чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет?
Возьмём какое-нибудь комнатное растение, например примулу или герань (пеларгонию), поместим его на трое суток в тёмный шкаф, чтобы произошёл отток питательных веществ из листьев. Вырежем на конверте из чёрной бумаги какую-либо фигуру или слово, например «свет». Через трое суток вынем растение из шкафа и поместим в этот конверт один из листьев. Затем поставим растение на солнечный свет или под электрическую лампочку. Через 8—10 часов лист срежем. Снимем бумагу. Опустим лист в кипящую воду, а затем на несколько минут в горячий спирт, в котором хлорофилл хорошо растворяется. Когда спирт окрасится в зелёный цвет, а лист обесцветится, промоем его водой, расправим на тарелке и обольём слабым раствором йода. На обесцвеченном листе появятся синие буквы. Буквы появятся в той части листа, на которую падал свет. Значит, в освещённой части листа образовался крахмал.
3. Почему раствор йода не окрашивает в синий цвет белую каёмку листа герани окаймлённой?
Органические вещества образуются только в клетках с хлоропластами.
4. Из каких веществ образуется сахар в зелёных листьях растений?
Сахар в зелёных листьях растений образуется из углекислого газа и воды.
5. Какой опыт показывает, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород?
Возьмём две большие стеклянные банки и опустим в них стаканы с водой, в которые поставлены веточки с зелёными листьями какого-нибудь растения или небольшие комнатные растения в цветочном горшке. Наполним банки углекислым газом и плотно закроем, чтобы не проникал воздух. Первую банку выставим на яркий свет, вторую оставим в темноте, например поставим в тёмный шкаф.
Через сутки откроем банки и опустим в них горящие лучинки. В первой банке лучинка не гаснет, а продолжает ярко гореть. Значит, в этой банке появился газ, поддерживающий горение – кислород. Зелёные листья растения поглотили значительную часть углекислого газа и выделили некоторое количество кислорода.
Опущенная во вторую банку горящая лучинка потухнет. Значит, в этой ёмкости нет кислорода, поддерживающего горение. Следовательно, зелёные растения выделяют кислород только на свету.
Подумайте
1. Можно ли утверждать, что строение листа приспособлено к осуществлению фотосинтеза?
Лист приспособлен для поглощения солнечного света.
Большое отношение площади листа к объёму – максимальное улавливания света и эффективный газообмен. Листовая пластинка расположена под прямым углом.
Устьица позволяют осуществлять газообмен. Замыкающие клетки регулируют открывание устьиц (открыты только на свету).
Клетки паренхимы содержат хлоропласты, осуществляющие фотосинтез. Хлорофилл способствует улавливанию света. Хлоропласты располагаются в большей степени в верхней части листа – максимальное улавливание света. Хлоропласты обладают фототаксисом (перемещаются в клетке по направлению к свету).
Проводящая система листа учувствует в транспорте воды, необходимой для фотосинтеза, также в транспорте продуктов фотосинтеза.
2. Как вы думаете, выделяют ли кислород водные растения?
Водные растения в ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют в окружающую среду кислород, который аэрирует воду и используется для дыхания рыбами и другими обитателями водоемов.
Задания
Составьте план параграфа.
1. Понятие фотосинтеза
2. Условия, необходимые для фотосинтеза
3. Продукты фотосинтеза
4. Вывод о питании растений
Задания для любознательных
1. Попробуйте получить какое-либо изображение на листе примулы, пеларгонии или другого комнатного растения, воспользовавшись описанием опыта в этом параграфе.
2. Соберите прибор, показанный на рисунке 70. В банку налейте воду, насыщенную углекислым газом. Поставьте банку на яркий свет. Наблюдайте за выделением газа веточками элодеи. Когда газ полностью вытеснит воду из пробирки, убедитесь с помощью горящей лучинки, что этот газ — кислород. Сделайте вывод.
Водные растения в ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют в окружающую среду кислород.
Задания
Изучив параграф учебника и дополнительный текст, подготовьте сообщение «Роль зелёных растений в обеспечении энергией живых организмов на нашей планете».
Сообщение
Роль зелёных растений в обеспечении энергией живых
организмов на нашей планете
Как известно, основным источником энергии на земле является солнце. Но люди и животные не способны напрямую использовать солнечную энергию, потому что в их организмах отсутствуют системы, с помощью которых энергия потреблялась бы в такой форме, как она есть. Поэтому солнечная энергия попадает в организм человека или животного в качестве полезной энергии только через вещества, производимые растениями.
Растения способны создавать из неорганических органические вещества, используя световую энергию. Этот процесс называется фотосинтезом (от греческих слов «фотос» —свет, «синтез» — соединение). Способность к фотосинтезу — важнейшее свойство зелёных растений. Это единственный на нашей планете процесс, связанный с превращением энергии солнечного света в энергию химических связей, заключенную в органических веществах. Поэтому фотосинтез — важнейший процесс, благодаря которому возможна жизнь на Земле.
Выдающийся русский ученый конца ХIХ – начала ХХ в. Климент Аркадьевич Тимирязев (1843-1920) роль зеленых растений на Земле назвал космической. К.А. Тимирязев писал: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического».
Кроме этого растения насыщают атмосферу Земли кислородом, который служит для окисления органических веществ и извлечения этим способом запасенной в них химической энергии аэробными клетками.
Ежегодно зелёные растения синтезируют большое количество органического вещества, поглощают около 600 млрд т углекислоты, выделяют в атмосферу 400 млрд т свободного кислорода. Благодаря фотосинтезу ежегодно запасается огромное количество преобразованной солнечной энергии.
Накопление энергии – очень важное для живой природы явление, обусловленное фотосинтезом зеленых растений. Органические вещества – отличный энергоноситель.
Созданные с участием хлорофилла и солнечного света углеводы, а также образованные в растениях белки и жиры содержат в себе много энергии. Особенно много ее в крахмале и различных сахарах.
Многие растения, такие как сахарный тростник, сахарная свекла, лук, горох, кукуруза, виноград, финик, запасают сахара в стеблях, корнях, луковицах, плодах и семенах. Именно сахара служат главным источником энергии для всех живых существ, так как легко могут стать одним из наиболее активных соединений в любой живой клетке. Постоянно поглощая энергию в виде солнечного излучения, растения ее накапливают. Из-за огромного количества зеленых растений на Земле энергии в биосфере становится все больше. Человек широко пользуется газом, нефтью, углем, дровами – все эго органические вещества, которые выделяют при сгорании энергию, некогда занесенную в зеленых растениях.
Можно сделать вывод, что существование растений играет очень важную и необходимую роль для выживания живых существ на земле. Поступившая из космоса энергия солнечных лучей, запасенная зелеными растениями в углеводах, жирах и белках, обеспечивает жизнедеятельность всего живого мира – от бактерий до человека.
resheba.me
Фотосинтез энергия - Справочник химика 21
На первой стадии гидрирования порфирины насыщают водородом одну Ср—Ср-связь и превращаются в хлорины. Для хлоринов в отличие от ЭСП порфиринов с относительно слабым поглощением квантов света в красной части спектра характерна интенсивная полоса в области 660—720 нм. Именно с этим свойством связано то, что хлорофилл (а) зеленых растений является хлорином, а не порфином. Его хлориновая структура обеспечивает предельно сильное поглощение света в красной части видимого спектра и обеспечивает фотосинтез энергией Солнца даже в самых неблагоприятных природных условиях. [c.688]
Минерализация орг. в-в происходит гл. обр. в результате деятельности микроорганизмов, а также растений и животных. При этом образуются СОа, НаО, КНз И др. простые соед., выделяется поглощенная при фотосинтезе энергия, к-рая расходуется на хим. процессы в земной коре. Носители этой энергии — в осн. прир. воды, к-рые, поглощая продукты разложения орг. в-в, приобретают высокую хим. активность и разрушают горные породы. С разложением орг. в-в связано образование почв, илов, осадочных пород, залежей угля, нефти и горючих газов. [c.75]Необходимая для фотосинтеза энергия на две трети обеспечивается излучением в красной и ближней инфракрасной области солнечного спектра. Разгадка того, как столь низкоэнергетические фотоны вызывают фотохимические превращения — ключевая задача, решение которой необходимо для понимания и воспроизводства фотосинтеза. Согласно современной трактовке, энергия одного фотона в ближней инфракрасной области инициирует серию реакций с переносом электрона (ряд окислительно-восстановительных стадий). В каждой из них используется некоторая часть поглощенной энергии, остаток которой аккумулируется при синтезе аденозинтрифосфата (АТФ). Теперь система готова к поглощению еще одного фотона, приводящему к образованию еще одной порции АТФ, и начинает восстанавливать атмосферный СО2. На этой стадии в системе образуется сырой продукт, который перерабатывается клеточными фабриками в высокоэнергетические углеводороды. Работа клеточных фабрик осуществляется благодаря солнечной энергии, запасенной в АТФ. [c.71]
Как показано на рис. 2.3, в ходе фотосинтеза энергия электронов изменяется от потенциала воды (+0,8 В) до потенциала СНгО (—0,43 Б). Эта разность потенциалов эквивалентна 480 кДж. Таким образом, ВПФ-цикл должен был бы работать с высокой эффективностью, чего в действительности не наблюдается. [c.45]
В фотосинтезе энергия поглощенного света преобразуется в энергию химических связей органических веществ.. Из энергии солнечного излучения за год (12,6-10 Дж) Земли достигает [c.5]
ХЛОРОФИЛЛЫ = пигменты фотосинтезирующих растений, являющиеся сенсибилизаторами фотосинтеза (см. Красящие вещества природные, Пигменты биологические, Сенсибилизирующие красители, Фотосинтез). Энергия света, поглощенного X., превращается ими в химич. энергию окислительно-восстановительных реакций, к-рые приводят в движение сложный механизм фотосинтеза растений. Исключительная роль X. в фотосинтезе, являющемся одним пз наиболее важных ироцессов, происходящих на Земле, объясняет интерес, проявляе.мый к изучению X. [c.360]
Превращение энергии на Земле осуществляется главным образом зелеными растениями и водорослями, выделяющими кислород. Главным функциональным пигментом служит хлорофилл а, который поглощает свет с длиной волны короче 700 ммк. По различным причинам в естественных условиях поглощенный свет используется с очень небольшой эффективностью, хотя в оптимальных условиях фотосинтеза до 30% поглощенной световой энергии может превращаться в потенциальную химическую энергию. В среднем лишь около 1 % солнечной энергии используется растениями для поддержания жизни на Земле остальная часть солнечной энергии теряется в виде тепла. Однако, даже несмотря на столь низкий выход, общее количество превращенной при фотосинтезе энергии на много порядков превышает общую величину энергии, создаваемой всеми промышленными установками на земном шаре. [c.552]
Миграция энергии играет важную роль в накоплении энергии света для фотосинтеза энергия возбуждения многих молекул хлорофилла и энергия поглощения молекул вспомогательных пигментов стекают к сравнительно немногочисленным улавливающим центрам, которые и выполняют фотохимическое превращение. [c.559]
Наиболее типичные автотрофные клетки связывают в процессе фотосинтеза энергию солнечного света и при помощи этой энергии используют углерод атмосферной углекислоты для построения молекул глюкозы и других органических природных соединений. Роль АТФ в фотосинтезе удалось выяснить сравнительно недавно. Это позволило объяснить, каким образом фотосинтезирующие клетки в процессе синтеза углеводов связывают солнечную энергию — источник энергии всех живых существ на земле. [c.159]
Все жизненные процессы требуют для своего осуществления определенного расходования энергии. Всякий организм как растительный, так и животный, при превращении веществ, сопряженном с расходованием энергии, черпает последнюю из биологических процессов, происходящих в нем. Из них гю распространенности и значению на первом месте стоит так называемое кислородное дыхание. Во время дыхания освобождается накопленная в органическом веществе в процессе фотосинтеза энергия. Процесс дыхания происходит непрерывно в течение всей жизни организма и связан с расходом органического вещества. Углеводы, главным образом крахмал, гликоген и глюкоза, являются основными источниками энергии для животных и растений, а также для бесчисленного количества микроорганизмов. Распад углеводов сопровождается освобождением большей или меньшей части энергии, заключающейся в их молекуле. Степень использования освобождающейся энергии для биологических нужд организма зависит от природы тех химических превращений, которые данный организм в состоянии осуществлять, [c.374]
Образующиеся в процессе фотосинтеза органические вещества и заключенная в них химическая энергия служат основным источником материи и энергии для жизни всего органического мира нашей планеты. Необходимо, однако, учитывать, что создаваемые зеленым растением ассимиляты принадлежат в основной своей массе к веществам запасным, неспецифическим. Их использование другими формами организмов и синтез на этой основе специфических для того или иного вида соединений возможны лишь после сложной и длинной цепи предварительных преобразований. То же относится и к содержащейся в продуктах фотосинтеза энергии. Будучи заключена в химических связях органической молекулы эта энергия не может быть непосредственно использована клеткой для осуществления того или иного вида биологического действия, той или иной биологической работы . Для того чтобы потенциальная энергия органического вещества превратилась в движущую силу процессов жизнедеятельности организма, ей должна быть придана более активная, мобильная форма. Из предыдущих глав книги мы знаем, что в биологических системах это достигается через преодоление активационного барьера, в результате чего становится осуществимо получение нагруженного энергией электрона и последующее аккумулирование энергии последнего в форме специфических макроэргических соединений (АТФ и др). Вся сложная цепь взаимосвязанных процессов мобилизации продуктов фотосинтеза посредством их активирования в химическом и энергетическом отношениях осуществляется организмами в акте дыхания. Эти процессы протека- [c.208]
Следовательно, при фотосинтезе энергия квантов света тратится, по существу, на ослабление связей, т. е. на подъем среднего валентного электрона на более высокий энергетический уровень. Электрон обогащается энергией — переход холодный ->- горячий электрон. Образно говоря, фотосинтез — это электронный насос, работающий на энергии света. [c.44]
Таким образом, в результате начальных стадий фотосинтеза энергия света трансформируется и аккумулируется в таких продуктах, как АТФ и НАД(Ф)Н. В последующих темповых реакциях фотосинтеза АТФ и НАД(Ф)Н обеспечивают восстановление СО2 до углеводов и другие биохимические превращения. [c.24]
В последние годы благодаря развитию методов выделения бактериальных реакционных центров и применению импульсных спектрофотометров с пикосекундными (10 2 с) лазерами удалось подробно изучить большинство реакций световой фазы бактериального фотосинтеза. Энергия света поглощается молекулами бактериохлорофилла и каротиноидов, а затем (путем миграции электронного возбуждения) передается реакционному центру, содержащему небольщое число (2 или 4) особым образом упакованных молекул бактериохлорофилла. Разделенные заряды переносятся через мембрану молекул этих бактериохлорофиллов, запуская электронный транспорт, обусловливающий образование АТР, КАОН или восстановленного ферредоксина. [c.108]
Во многих биохимических реакциях энергия реагирующих веществ переходит из одной формы в другую с высокой степенью эффективности. Так, например, при фотосинтезе энергия света превращается в энергию химических связей. В митохондриях свободная энергия, содержащаяся в низкомолекулярных веществах, поступающих с пищей, переходит в энергию аденозинтрифосфата [c.106]
Передача энергии от одних молекул светопоглощающих пигментов к другим происходит легко на расстояниях до 30 А, таким образом, например, совершается переход энергии от хлорофилла Ь к хлорофиллу а способ этого перехода пока остался еще неясным. После того как энергия возбуждения достигла молекулы хлорофилла а, требуется еще около 10" сек для того, чтобы эта молекула перешла в особое специально приспособленное для фотосинтеза состояние если, находясь в этом состоянии в течение 10 сек, молекула не совершит биохимического акта, подготовляющего цепь звеньев фотосинтеза, энергия выбрасывается в виде флуоресценции. [c.344]
Один из них — это солнечная энергия, усваиваемая зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами в процессе фотосинтеза. В. чоде фотосинтеза энергия поглощенных квантов света используется для осуществления высокоэнд-эргонического процесса переноса электронов от молекул воды на NADP по суммарному уравнению [c.342]
Второй специфический тип сопряжения появляется при участии специальных переносчиков. Такова роль водорода в гомогенном окислении СО и в гидрополимеризации олефинов аденозин- и нуклеотидфосфатов — в сложном биокатализе, в частности при фотосинтезе. Энергия одних процессов, в основном каталитических или первичных процессов фотосинте- [c.32]
Органические соединения и жизнь возникли и развивались в бескислородной восстановительной первичной атмосфере Земли, возможно состоявшей первые два миллиарда лет из небольших количеств водорода, аммиака, азота и паров воды. Свободный кислород появился на Земле, по-видимому, в результате фотодиссоциации воды и процесса фотосинтеза. Энергию для синтеза органических соединений давали ультрафрюлетовое излучение Солнца (Земля была без атмосферы)— 4,2-10 кдж в год, электрические разряды (молнии)— 5,04-10 кдж в год, ионизирующая радиация (преимущественно К), тепловое излучение Солнца и вулканов. [c.6]
Для получения высокого квантового выхода необходимы оптимальные условия работы фотосинтетического аппарата (температура, концентрация СО2 и т. д.). Кроме того, определения следует проводить при освещенно-"стях, соответствующих начальному линейному участку световой кривой, где скорость темновых реакций еще не становится фактором, лимитирующим фотосинтез. При световом насыщении фотосинтеза энергия части поглощенных квантов не будет использоваться на восстановление углекислого газа, в связи с чем квантовый выход фотосинтеза сильно уменьшится. В естественных условиях величина квантового выхода равна приблизительно 0,01, что соответствует эффективности использования энергии света, равной 2,5%. Самый высокий квантовый выход, по-видимому, соответствует 7—10 квантам света на одну молекулу восстанавливаемой СО2. Получены и большие величины квантового выхода, но это требует подтверждения. [c.112]
В результате первичной фотохимической реакции фотосинтеза происходит фосфорилирование аденозиндифосфорной кислоты с образованием богатой энергией аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), а также образование восстанавливающего агента восстановленного трифосфорпиридиннуклеотида (ТПН-Н). Благодаря накопленной при фотосинтезе энергии АТФ, при участии восстановителя ТПН-Н и происходит синтез углеводов из углекислоты и воды. Он идет и без света, который необходим только для первичной фотохимической реакции, когда происходят фотолиз воды и образование АТФ и ТПН-Н. [c.23]
Каковы пути использования в фотосинтезе энергии, поглощаемой каротиноидами и фикобиллинами [c.150]
Очевидно, из 12 квантов энергия 4 квантов превращается в хймическую энергию и связывается в продуктах фотосинтеза, энергия остальных 8 квантов используется на образование каких-то неустойчивых, высокоэнергетических продуктов, которые в дальнейшем, подвергаясь экзэргоническим превращениям, отдают энергию на поддержание необходимых для фотосинтеза градиентов потенциалов потом эта энергия деградирует в тепло. [c.180]
Таким образом, в качестве органического полимера целлюлоза занимает доминирующее положение в наземном и морском растительном мире. В свою очередь по истечении известного времени биомасса расщепляется и окисленная до СОг возвращается в атмосферу. Таков цикл углерода. Полученная в процессе фотосинтеза энергия может быть использована живыми организмами для роста и поддержания метаболизма. Деградация целлюлозы — исключительно микробиологический процесс. Б6льи ая часть целлюлозы в природе окисляется аэробными микроорганизмами до СОг в соответствии с реакцией [c.5]
В ходе темновой фазы фотосинтеза энергия АТР и NADPH расходуется на восстановительное карбоксилирование (ассимиляцию СО2) с образованием 3-фосфоглицеринового альдегида (Сз-путь фотосинтеза) или органических кислот (Сд-путь) в качестве первичных продуктов. Энергия света в хлоропластах может использоваться также на восстановление NOf и ЗОд . При недостатке СО2 и избытке О2 включается фотодыхание с участием пероксисом. [c.123]
Автотрофные организмы (от греч. autos — сам и trophe — питание) способны самостоятельно синтезировать органические питательные вещества из неорганических, гетеротрофные — питаются готовыми органическими веществами. К автотрофам принадлежат зеленые растения и некоторые бактерии, использующие в ходе фотосинтеза энергию света (фототрофы), а также бактерии, способные утилизировать энергию окисления веществ для синтеза органических соединений (хемосинтез). [c.277]
Чтобы превратить СО2 в СН2О, согласно уравнению (1.1), необходимо удалить Ы2 из Н2О, а для этого нужно, разорвать Связь Н—О. Для разрыва химических связей всегда необходима энергия, а при их образовании энергия всегда высвобождается В ходе фотосинтеза энергия света используется для осуществ ления фотолиза (расщепления под действием света) воды вы [c.9]
chem21.info
Энергия в процессе фотосинтеза - Справочник химика 21
Многообещающей и перспективной альтернативой промышленным процессам получения водорода является разложение воды с использованием солнечной энергии в процессах фотосинтеза и биоконверсии. [c.341]
Непосредственными источниками энергии в процессе фотосинтеза во время темновой фазы служат 2 вещества — АТФ и НАДФ-Нз. Оба они образуются во время световой фазы за счет энергии солнечных лучей при участии хлорофилла. Доказано, что на каждый эквивалент выделяющегося Ог (т. е. па Ог) возникает 1 молекула АТФ и 1 молекула НАДФ Нз. [c.262]Часть солнечной энергии доходит до Земли в виде фотонов света (квантов) — дискретной электромагнитной энергии. Только 0,1—1,0% этой энергии используют фотосинтезирующие организмы. В течение года даже из этого количества усвоенной энергии в процессе фотосинтеза образуется 164 млрд. т органической массы. Аккумулированная в органических веществах энергия широко используется в микробиологическом биосинтезе. В него, естественно, включаются и другие виды энергии, которые используют предприятия микробиологической промышленности (электричество, топливо). Человек употребляет в пищу главным образом органическую массу, полученную в сельскохозяйственном производстве, которая составляет 5% всей продукции фотосинтеза. Огромные богатства органических веществ содержат леса. Их продукция рассматривается как перспективное сырье для микробиологической промышленности. [c.8]
Основной сущностью процесса фотосинтеза является преобразование световой энергии в энергию химических связей. Трансформированная в фотохимических реакциях фотосинтеза световая энергия "запасается" в макроэргических соединениях фосфора (АТФ) и в химическом потенциале сильного восстановителя НАДФ Н2. При участии этих соединений с уже "запасенной" энергией в последующих темновых реакциях фотосинтеза осуществляется восстановление СО . Таким образом, преобразование энергии в процессе фотосинтеза более непосредственно связано с фосфором, чем с углеродом. [c.273]
Традиционно фотохимики изучают то, что происходит при поглощении атомом или молекулой одного фотона. На основании знаний, полученных в этой области, удается объяснить накопление энергии в процессах фотосинтеза, что в конечном счете и является источником жизни на нашей планете. Фотохимия открыла для нас новые пути синтеза органических соединений, а также позволила генерировать с помощью фотодиссоциации самые различные короткоживу-цще молекулы, которые определяют поведение пламен и являются интермедиатами в реакциях. [c.148]
Изучая квантовые выходы фотосинтеза, пытаются исследовать механизм использования энергии в процессе фотосинтеза, вопросы энергетики, а тем самым и природы световых и темновых реакций определить число первичных фотохимических актов, необходимых для восстановления одной молекулы СОд или выделения одной молекулы О2 выяснить характер последующих превращений энергии, усвоенной в первичных фотохимических реакциях, и решить вопрос о возможном участии в фотосинтезе других пигментов, кроме хлорофилла. [c.6]
Древесное сырье непрерывно возобновляется. Лес — это природная лаборатория, которая, используя солнечную, энергию, в процессе фотосинтеза переводит в органические соединения огромные количества углекислоты воздуха. По подсчетам ботаников, в лесах сосредоточено 80 % мировых запасов органических веществ. [c.4]
Для всех живых организмов многие закономерности химического состава, строения и превращения веществ являются общими. Тем не менее у растений, животных и человека наблюдаются различия в химических процессах, обеспечивающих их жизнедеятельность. Так, растения синтезируют сложные органические вещества из простых неорганических веществ, таких как вода, углекислый газ, минеральные вещества, и аккумулируют солнечную энергию в процессе фотосинтеза. Животные и человек нуждаются в поступлении сложных органических соединений — углеводов, жиров, белков, которые необходимы для построения и энергообеспечения организма. Поэтому в зависимости от объекта исследования выделяют следующие разделы биохимии биохимия животных и человека, биохимия растений, биохимия микроорганизмов и вирусов. [c.10]
Первоисточником энергии для живых организмов Земли является Солнце. Энергия, приносимая квантами света (фотонами), поглощается хлорофиллом и в виде потенциальной химической энергии в процессе фотосинтеза накапливается в органических соединениях. Процесс фотосинтеза является основной (почти единственной) формой образования органических веществ на Земле. В качестве строительного материала для синтеза органических веществ зелеными растениями используется углекислый газ (СО2) и вода (Н2О). Углекислый газ поглощается листьями из воздуха и частично, как показали исследования, проведенные с помощью меченых i атомов, корнями из почвы. Воду всасывают корни растений из почвы. [c.70]
С точки зрения энергетики, экологая изучает связь между светом, как первичной энергией и экосистемами и способами превращения энергии внутри системы состояние экосистемы - численность и соотношения организмов - по существу управляется и определяется потоком энергии. В процессе фотосинтеза экосистема самопроизвольно кинетическую энергию солнечного света превращает в более концентрированную потенциальную энергию - энергию химической связи пищи. В соответствии со вторым законом термодинамики эффективность такого превращения всегда ниже 100 %, Существенная часть световой энергии при этом теряется в виде недоступ- [c.38]
Рассматривая круговорот углерода, мы уже противопоставляли друг другу два процесса фотосинтез, при котором фиксируется СОз и выделяется О2, и минерализацию органических веществ, связанную с потреблением О2 и освобождением СО2. Процессы эти противоположны. С точки зрения массообмена важнее всего переход углерода из газообразного неорганического вещества в полутвердые и твердые органические соединения и обращение ртого процесса. Если же рассматривать оба этих процесса с позиций энергообмена, т. е. преобразования энергии, то углерод имеет меньшее значение, чем водород. Еще Ю. Р. Майер (1848) сформулировал положение Растения поглощают одну силу-свет-и создают другую-химическое различие ( сила здесь в смысле энергия ). В процессе фотосинтеза лучистая энергия Солнца преобразуется в химическую энергию вода при этом разлагается на кислород и водород, а последний в результате связывания с углеродом (из СО2) переводится в метастабильное состояние (см. схему). Большая часть та- [c.213]
У многих видов растений листья диафототропны, т. е. они располагаются перпендикулярно к падающему на них свету. У других видов листья по отношению к свету плагиотропны. Такой характер расположения листьев по отношению к свету способствует наиболее полному использованию растением солнечной энергии в процессе фотосинтеза. В ряде случаев характер [c.550]
В предыдущей главе мы познакомились с тем, как растения используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза, в результате чего энергия и углерод запасаются в растительном организме в форме фосфорилированных сахаров. Из этих гексозо-фосфатов не только синтезируются затем углеродные скелеты всех прочих соединений в растении, но они служат также источником энергии, расходуемой на такие синтезы. Теперь мы займемся изучением процесса дыхания и познакомимся подробно с некоторыми из механизмов, при помощи которых из молекул сахаров извлекается энергия и строятся новые углеродные скелеты. [c.142]
| Рис. 13.4. Теоретически рассчитанные затраты энергии в процессе фотосинтеза у Сз-растения (при условии, что стехиометрия реакции с РуБФ-карбокси-лазой-оксигеиазой составляет 7СО2/2О2, а концентрации СО2 и О2 в атмосфере не отличаются от нормальных). Подробности см. в тексте. |  |
chem21.info
Фотосинтез
Фотосинтез — процесс синтеза органических веществ за счет энергии света. Организмы, которые способны из неорганических соединений синтезировать органические вещества, называют автотрофными. Фотосинтез свойственен только клеткам автотрофных организмов. Гетеротрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Клетки зеленых растений и некоторых бактерий имеют специальные структуры и комплексы химических веществ, которые позволяют им улавливать энергию солнечного света.
Роль хлоропластов в фотосинтезе
В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.
Световая фаза фотосинтеза
Квант красного света, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный светом электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, который также приобретает потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон, как по ступеням, перемещается по цепи сложных органических соединений, встроенных в хлоропласт. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ. Растративший энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает электрон хлорофилла. Он снова проходит по тому же пути, расходуя энергию на образования молекул АТФ. Ионы водорода и электроны, необходимые для восстановления молекул-носителей энергии, образуются при расщеплении молекул воды. Расщепление молекул воды в хлоропластах осуществляется специальным белком под воздействием света. Называется этот процесс фотолизом воды. Таким образом, энергия солнечного света непосредственно используется растительной клеткой для: 1. возбуждения электронов хлорофилла, энергия которых далее расходуется на образование АТФ и других молекул-носителей энергии; 2. фотолиза воды, поставляющего ионы водорода и электроны в световую фазу фотосинтеза. При этом выделяется кислород как побочный продукт реакций фотолиза. Этап, в течение которого за счет энергии света образуются богатые энергией соединения — АТФ и молекулы-носители энергии, называют световой фазой фотосинтеза.
Темновая фаза фотосинтеза
В хлоропластах есть пятиуглеродные сахара, один из которых рибулозодифосфат, является акцептором углекислого газа. Особый фермент связывает пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуется соединения, которые ща счет энергии АТФ и иных молекул-носителей энергии восстанавливаются до шестиуглеродной молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, преобразованная в течение световой фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей энергии, используется для синтеза глюкозы. Эти процессы могут идти в темноте. Из растительных клеток удалось выделить хлоропласты, которые в пробирке под действием света осуществляли фотосинтез — образовывали новые молекулы глюкозы, при этом поглощали углекислый газ. Если прекращали освещать хлоропласты, то приостанавливался и синтез глюкозы. Однако если к хлоропластам добавляли АТФ и восстановленные молекулы-носители энергии, то синтез глюкозы возобновлялся и мог идти в темноте. Это означает, что свет действительно нужен только для синтеза АТФ и зарядки молекул-носителей энергии. Поглощение углекислого газа и образование глюкозы в растениях называют темновой фазой фотосинтеза, поскольку она может идти в темноте. Интенсивное освещение, повышенное содержание углекислого газа в воздухе приводят к повышению активности фотосинтеза.
Другие заметки по биологии
edu.glavsprav.ru
Фотосинтез | Как живут растения | Читать онлайн, без регистрации
Фотосинтез
Понимание основных процессов жизнедеятельности растений может помочь в уходе за нашими зелеными комнатными питомцами. Любой машине для работы необходим источник энергии: в автомобиле с двигателем, работающим на бензине, используется химическая энергия молекул горючего, освобождающаяся в процессе их горения в двигателе внутреннего сгорания; в механических часах – энергия сжатой пружины и т. д. Необходима энергия и всем живым существам, они ее получают из пищи. Подобно всем живым существам, растениям для выработки энергии необходимы углеводы. Растения в отличие от других живых организмов обладают уникальной способностью производить углеводы для своих целей в процессе фотосинтеза. Фотосинтез происходит только на свету, в дневное время. Когда зеленое растение растет, оно улавливает и запасает солнечную энергию.
Лист является главным органом растения, осуществляющим фотосинтез. Он состоит из нескольких слоев активно фотосинтезирующих клеток, окруженных защитным слоем – эпидермисом. По всей поверхности листа видны проводящие элементы – жилки, служащие для переноса веществ в двух противоположных направлениях. По жилкам вода и минеральные соли поступают в лист, и по ним же образующиеся в процессе фотосинтеза сахара и другие продукты жизнедеятельности удаляются из листа.
Растения поглощают из окружающего воздуха углекислый газ (СО2) через крошечные отверстия на поверхности листьев, называемых устьицами. Углекислый газ присутствует в атмосфере Земли в небольших количествах – 0,03 %, т. е. одна часть углекислого газа приходится на 3300 частей воздуха. В разных местах планеты эта концентрация варьируется; она выше над городами, т. е. там, где сжигается большое количество газа, нефти, угля, и ниже в сельской местности, лесах, где идет интенсивный фотосинтез. Хлорофилл и другие пигменты в листьях улавливают лучистую энергию от источников света: солнца, ламп. Эта энергия используется на расщепление молекулы воды на ионы кислорода и водорода. Затем в результате химических реакций растения используют водород и поглощенный углекислый газ для синтеза углеводов (сахаров). Кислород как побочный продукт фотосинтеза выделяется в атмосферу.
Выделяющийся в процессе фотосинтеза кислород попадает в окружающую среду через устьица. Закрывание устьиц прекращает этот газообмен, но не подавляет полностью ни фотосинтез, ни дыхание, поскольку и внутри листа эти процессы взаимно питают друг друга, будучи замкнуты в цикл, т. к. кислород и углекислый газ, выделяющиеся в одном из них, поглощаются в другом. Фотосинтез, однако, в этих условиях ограничен объемом дыхания, тогда как в оптимальных условиях он может происходить с интенсивностью, превышающей максимальную интенсивность дыхания в 10 и даже 20 раз.
Для того чтобы фотосинтез происходил наиболее эффективно, устьица должны быть открыты. То есть для протекания фотосинтеза в оптимальном режиме лист или само растение должно получать достаточное количество световой энергии, воды и углекислого газа. Также важно, чтобы отток продуктов фотосинтеза из листа происходил с достаточной скоростью, потому что накопление углеводов будет тормозить процесс. Поэтому большинство растений лучше растет при чередовании световых и темновых периодов, так как в этих условиях продукты фотосинтеза, накопившиеся на свету, в темное время удаляются из листьев. Исключение составляют растения крайних северных и южных широт, которые должны завершить вегетацию за отпущенный им короткий летний срок. Поэтому растительность этих мест развивается лучше всего при непрерывном освещении. Углеводы (сахара), произведенные в процессе фотосинтеза, не только обеспечивают питание для растения, но также являются необходимым источником энергии для синтеза других жизненно важных соединений.
Многие суккуленты засушливых мест из ряда семейств: лилейные, бромелиевые (ананас), орхидные, кактусовые, толстянковые, мезем-бриантовые, ваточниковые поглощают углекислый газ не днем, а в течение ночи при широко открытых устьицах, и только на следующий день на свету перерабатывают его дальше. Т. е. устьица у этих растений открыты в темное время суток, когда наблюдаются более низкие температуры, чем днем, и соответственно потери дефицитной воды сведены к минимуму. А в дневное время устьица у них закрыты, но в это же время хлорофилл активизируется светом и происходит образование сахаров.
По направлению к нижним ярусам листьев интенсивность света быстро снижается. Обычно листья прикрывают друг друга не полностью, поэтому лучи солнечного света могут проникать через разрывы в верхней массе листьев и достигать нижних слоев. Количество света, поглощенного листом, различно в зависимости от содержания в нем хлорофилла, но обычно составляет около 90 % от падающего излучения. Поэтому второй ярус листьев получает 10 % от полного солнечного света, а третий 10 % от 10 %, т. е. всего 1 %. Если самые верхние листья лучше всего используют полный солнечный свет при их расположении под острым углом к лучам, то нижние листья лучше работают при низкой интенсивности света, падающего под прямым углом; при этом единица листовой поверхности улавливает наибольшее количество света. Таким образом, у идеального растения нижние листья расположены горизонтально, а в каждом вышележащем ярусе наклон листьев возрастает, достигая максимума, почти вертикального положения у самых верхних листьев. Селекционеры часто стремятся вывести именно такие растения.
Даже если самые нижние листья эффективно поглощают всю падающую световую энергию, они, вероятно, будут работать в режиме, близком к точке компенсации. А если лист получает недостаточно света даже для достижения этой точки, то он будет больше дышать, чем фотосинтезировать, и окажется, таким образом, излишним бременем для растения. Такие листья обычно стареют, желтеют и опадают.
velib.com
