Фотосинтез и биосфера

Оксигенный (или кислородный) фотосинтез сопровождается выделением кислорода в качестве побочного продукта. В соответствии с этим выделяют бесхлорофилльный и хлорофилльный фотосинтез. Подсчитаем энергию связей для исходных и конечных продуктов фотосинтеза.

Таким образом, в условиях засухи продукты фотосинтеза потребляются медленнее, чем они вырабатываются. У некоторых водорослей нет фермента гликолатоксидазы, из-за чего гликолевая кислота становится конечным продуктом фотосинтеза, выделяемым в водоемы. Возможно, это играет большую роль в развитии фитопланктона и бактерий.

В исходных продуктах СО2 и Н2О содержатся две С = 0-связи (190 ккал/моль) и две О—Н-связи (ПО ккал/моль). Углеводы стоят у истоков всего органического вещества биосферы — это первые продукты фотосинтеза. Oj и воды. Вместе с тем автотрофы осуществляют частичное окисление продуктов фотосинтеза. Фотосинтез является фотоавтотрофным процессом, представляющим собой комплекс реакций поглощения, преобразования и использования световых квантов в разных эндэргонических процессах.

Так, аноксигенный фотосинтез присущ зеленым и пурпурным бактериям. А оксигенный фотосинтез – источник органических веществ и кислорода для всех растений, имеющих хлорофилл, и нуждающихся в доступе атмосферного воздуха для осуществления фотосинтеза.

Фотосинтез и биосфера

На первой стадии кванты света поглощаются фотосинтетическими пигментами, которые переходят в возбужденное состояние и передают энергию к последующим элементам фотосистемы. На фотохимической стадии синтезируются носители энергии клеток – НАДФН и АТФ. Описанные две стадии объединяют понятием световая фаза фотосинтеза.

Благодаря совершенному строению фотосинтетического аппарата зеленых растений, обеспечивается высокая эффективность фотосинтеза. Иногда хлоропласты наблюдаются в клетках стеблей и плодов, однако главным органом фотосинтеза является зеленый лист растения, благодаря особенностям своего строения.

Данные пигменты поглощают кванты видимого света и обеспечивают дальнейшее запасание энергии излучения в виде энергии электрохимического градиента H+ на биологических мембранах. Система бесхлорофилльного фотосинтеза отличается значительной простотой организации, в связи с чем предполагается эволюционно первичным механизмом запасания энергии электромагнитного излучения.

Таким образом, были получены неопровержимые доказательства существования бесхлорофилльного фотосинтеза. При дефиците кислорода помимо бесхлорофилльного фотосинтеза источниками энергии для галобактерий может служить анаэробное нитратное дыхание или сбраживание аргинина и цитруллина.

В качестве экзогенных доноров электронов могут использоваться как органические, так и неорганические восстановители. Фотосинтез — процесс с крайне сложной пространственно-временной организацией. Темновые» реакции или циклы углерода при фотосинтезе. На первом этапе происходит поглощение квантовсветапигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы.

С4-путь фотосинтеза

Чаще всего в качестве таких реакций рассматривается цикл Кальвина и глюконеогенез, образование сахаров и крахмала из углекислого газа воздуха. Фотосинтез растений осуществляется в хлоропластах: полуавтономных двухмембранных органеллах, относящихся к классу пластид. На тканевом уровне, фотосинтез у высших растений обеспечивается специализированной тканью — хлоренхимой. В хлоропластах имеются свои ДНК, РНК, рибосомы (70s типа), идёт синтез белка (хотя этот процесс и контролируется из ядра). Они не синтезируются вновь, а образуются путём деления предшествующих.

Генетика фотосинтеза

Цианобактерии, таким образом, как бы сами являются хлоропластом, и в их клетке фотосинтетический аппарат не вынесен в особую органеллу. У них и растений также есть различия в светособирающем комплексе (см. ниже) и пигментном составе. Второе возбуждённое состояние наиболее высокоэнергетично, нестабильно, и хлорофилл за 10−12 сек переходит с него на первое с потерей 100 кДж/моль энергии только в виде теплоты.

С4 фотосинтез практически не сопровождается потерями рибулозо-1,5-бифосфата из цикла Кальвина, поэтому более эффективен. При CAM (англ.Crassulaceae acid metabolism — кислотный метаболизм толстянковых) фотосинтезе происходит разделение ассимиляции CO2 и цикла Кальвина не в пространстве как у С4, а во времени. Этот механизм позволяет максимально экономить воду, однако уступает в эффективности и С4, и С3. Он оправдан при стресстолерантной жизненной стратегии.

Экология фотосинтеза.

Фототрофы обеспечивают конверсию и запасание энергии термоядерных процессов, протекающих на Солнце, в энергию органических молекул. При использовании энергии химических связей органических веществ гетеротрофы высвобождают её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза. Фотосинтез является основой продуктивности сельско-хозяйственно важных растений.

Хлорофиллы были впервые выделены в 1818 г. П. Ж. Пельтье и Ж. Кавенту. В 1937 г. Роберт Хилл установил, что процесс окисления воды (и выделения кислорода), а также ассимиляции CO2 можно разобщить.

Хлоропласты способны фотосинтезировать в организме слизня в течение нескольких месяцев, что позволяет слизню жить за счёт глюкозы, полученной в результате фотосинтеза. Фотосинтез играет ведущую роль в биосферных процессах, приводя в глобальных масштабах к образованию органического вещества из неорганического. Фотосинтезирующие организмы, используя солнечную энергию в реакциях фотосинтеза, осуществляют связь жизни на Земле со Вселенной и определяют в конечном итоге всю ее сложность и разнообразие.

Процесс фотосинтеза происходит в таких клеточных органеллах, как хлоропласты. В ходе световой стадии фотосинтеза образуются высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФ, использующийся как восстановитель. Является первым видимым продуктом фотосинтеза. В 1877 г. В. Пфеффер назвал этот процесс фотосинтезом.

А также: