Процесс фотосинтеза

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Декабря 2013 в 16:57, реферат

Краткое описание

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Вложенные файлы: 1 файл

САМ РЕФЕРАТ.doc

— 1.25 Мб (Скачать файл)

П680 восстанавливает феофитин, в дальнейшем электрон переносится  на хиноны, входящие в состав ФС II и далее на пластохиноны, транспортируемые в восстановленной форме к b6f комплексу. Одна молекула пластохинона переносит 2 электрона и 2 протона, которые берутся из стромы.

Заполнение электронной  вакансии в молекуле П680 происходит за счёт воды. В состав ФС II входит водоокисляющий комплекс, содержащий в активном центре ионы марганца в количестве 4 штук. Для образования одной молекулы кислорода требуется две молекулы воды, дающие 4 электрона. Поэтому процесс проводится в 4 такта и для его полного осуществления требуется 4 кванта света. Комплекс находится со стороны внутритилакоидного пространства и полученные 4 протона выбрасываются в него.

Таким образом, суммарный  результат работы ФС II — это окисление 2 молекул воды с помощью 4 квантов света с образованием 4 протонов во внутритилакоидном пространстве и 2 восстановленных пластохинонов в мембране.

b6f или b/f-комплекс.

b6f комплекс является  насосом, перекачивающим протоны  из стромы во внутритилакоидное  пространство и создающий градиент их концентрации за счёт выделяющейся в окислительно-восстановительных реакциях электронтранспортной цепи энергии. 2 пластохинона дают перекачку 4 протонов. В дальнейшем трансмембранный протонный градиент (pH стромы около 8, внутритилакоидного пространства — 5) используется для синтеза АТФ трансмембранным ферментом АТФ-синтазой.

Фотосистема I.

Светособирающий комплекс I содержит примерно 200 молекул хлорофилла.

В реакционном центре первой фотосистемы находится димер  хлорофилла a с максимумом поглощения при 700 нм (П700). После возбуждения квантом света он восстанавливает первичный акцептор — хлорофилл a, тот — вторичный (витамин K1 или филлохинон), после чего электрон передаётся на ферредоксин, который и восстанавливает НАДФ с помощью фермента ферредоксин-НАДФ-редуктазы.

Белок пластоцианин, восстановленный в b6f комплексе, транспортируется к реакционному центру первой фотосистемы со стороны внутритилакоидного пространства и передаёт электрон на окисленный П700.

Циклический и псевдоциклический  транспорт электрона.

Помимо полного нециклического пути электрона, описанного выше, обнаружены циклический и псевдоциклический.

Суть циклического пути заключается в том, что ферредоксин  вместо НАДФ восстанавливает пластохинон, который переносит его назад  на b6f комплекс. В результате образуется больший протонный градиент и больше АТФ, но не возникает НАДФН.

При псевдоциклическом  пути ферредоксин восстанавливает  кислород, который в дальнейшем превращается в воду и может быть использован  в фотосистеме II. При этом также  не образуется НАДФН.

Темновая стадия.

В темновой стадии с участием АТФ и НАДФН происходит восстановление CO2 до глюкозы (C6H12O6). Хотя свет не требуется  для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.

С3-фотосинтез, цикл Кальвина.

Цикл Кальвина или восстановительный пентозофосфатный цикл состоит из трёх стадий:

  • карбоксилирования;
  • восстановления;
  • регенерация акцептора CO2.

Рис.5. Путь углерода в фотосинтезе (цикл Кальвина)

 

На первой стадии к  рибулозо-1,5-бифосфату присоединяется CO2 под действием фермента рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа. Этот белок составляет основную фракцию белков хлоропласта и предположительно наиболее распространённый фермент в природе. В результате образуется промежуточное неустойчивое соединение, распадающееся на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

Во второй стадии ФГК  в два этапа восстанавливается. Сначала она фосфорилируется  АТФ под действием фосфороглицерокиназы с образованием 1,3-дифосфоглицериновой  кислоты (ДФГК), затем при воздействии  триозофосфатдегидрогеназы и НАДФН ацил-фосфатная группа ДФГК дефосфорилируется и восстанавливается до альдегидной и образуется глицеральдегид-3-фосфат — фосфорилированный углевод (ФГА).

В третьей стадии участвуют 5 молекул ФГА, которые через образование 4-, 5-, 6- и 7-углеродных соединений объединяются в 3 5-углеродных рибулозо-1,5-бифосфата, для чего необходимы 3АТФ.

Наконец, две ФГА необходимы для синтеза глюкозы. Для образования  одной её молекулы требуется 6 оборотов цикла, 6 CO2, 12 НАДФН и 18 АТФ.

С4-фотосинтез (цикл Хетча — Слэка).

При низкой концентрации растворённого в строме CO2 рибулозобифосфаткарбоксилаза катализирует реакцию окисления  рибулозо-1,5-бифосфата и его распад на 3-фосфоглицериновую кислоту и  фосфогликолевую кислоту, которая  вынужденно используется в процессе фотодыхания.

Для увеличения концентрации CO2 растения С4 типа изменили анатомию листа. Цикл Кальвина у них локализуется в клетках обкладки проводящего  пучка, в клетках мезофилла же под действием ФЕП-карбоксилазы фосфоенолпируват карбоксилируется с образованием щавелеуксусной кислоты, которая превращается в малат или аспартат и транспортируется в клетки обкладки, где декарбоксилируется с образованием пирувата, возвращаемого в клетки мезофилла.

Рис.6. Фотосинтетический цикл Хетча – Слека:

А – в хлоропластах клеток мезофилла листа; Б – в  хлоропластах обкладки; ЯК – яблочная кислота; ПК – пировиноградная кислота, ФЕП – фосфоенолпировиноградная кислота; ЩУК – щавелевоускусная кислота.

 

С4 фотосинтез практические не сопровождается потерями рибулозо-1,5-бифосфата из цикла Кальвина, поэтому более эффективен. Однако он требует не 18, а 30 АТФ на синтез 1 молекулы глюкозы. Это оправдывает себя в тропиках, где жаркий климат требует держать устьица закрытыми, что препятствует поступлению CO2 в лист, а также при рудеральной жизненной стратегии.

САМ фотосинтез.

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. Ночью в вакуолях клеток по аналогичному вышеописанному механизму при открытых устьицах накапливается малат, днём при закрытых устьицах идёт цикл Кальвина. Этот механизм позволяет максимально экономить воду, однако уступает в эффективности и С4, и С3. Он оправдан при стресстолерантной жизненной стратегии.

 

Заключение. Значение фотосинтеза.

Фотосинтез является основным источником биологической  энергии, фотосинтезирующие автотрофы  используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы  существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая 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 главным входом неорганического  углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы —  биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная  катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

 

Использованная литература:

  1. «Физиология растений» Н.И. Якушкина - М.: Владос, 2004;
  2. «Физиология растений» / под ред. проф. Ермакова И. П. — М.: Академия, 2007;
  3. «Трансформация энергии в хлоропластах - энергообразующих органеллах растительной клетки» Тихонов А.Н. // СОЖ №4, 1996.

 

Интернет-ресурсы:

  1. http://www.botanik-learn.ru/kletka-7
  2. http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/files/mzip_618_14705/index.htm
  3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D4%EE%F2%EE%F1%E8%ED%F2%E5%E7
  4. http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Фотосинтез/

 

 

 


Информация о работе Процесс фотосинтеза