Реферат на тему:
Хемосинтез і фотосинтез: загальна характеристика
Київ 2016
Як вам відомо, автотрофні організми залежно від джерела енергії
поділяють на хемосинтезуючі і фото-синтезуючі
Хемосинтез. Хемосинтезуючі організми (хемотрофи) для синтезу органічних
сполук використовують енергію, яка вивільнюється під час перетворення
неорганічних сполук. До цих організмів належать деякі групи бактерій:
нітрифікуючі, безбарвні сіркобактерії, залізобактерії тощо.
Нітрифікуючі бактерії послідовно окислюють аміак (NH3) до нітритів (солі
HNO2), а потім – до нітратів (солі HNО3). Залізобактерії одержують
енергію за рахунок окиснення сполук двовалентного заліза до
тривалентного. Вони беруть участь в утворенні покладів залізних руд.
Безбарвні сіркобактерії окислюють сірководень та інші сполуки сірки до
сірчаної кислоти (H2SO4).
Процес хемосинтезу відкрив у 1887 році видатний російський мікробіолог
С. М. Виноградський.
Хемосинтезуючі мікроорганізми відіграють виняткову роль у процесах
перетворення хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні
цикли (біогеохімічний коло-обіг речовин) – це обмін речовинами та
забезпечення потоку енергії між різними компонентами біосфери, внаслідок
життєдіяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер.
Фотосинтез. Фото-трофи використовують для синтезу органічних сполук
енергію світла. Процес утворення органічних сполук із неорганічних
завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків
називають фотосинтезом. До фото-трофних організмів належать зелені
рослини (вищі рослини, водорості), деякі тварини (рослинні джгутикові),
а також деякі прокаріоти – ціанобактерії, пурпурові та зелені
сіркобактерії.
Основними з фото-синтезуючих пігментів є хлорофіли. За своєю структурою
вони нагадують гем гемоглобіну, але в цих сполуках замість заліза
присутній магній. Залізо потрібне рослинним організмам для забезпечення
синтезу молекул хлорофілу (якщо в рослину залізо не надходить, то в неї
утворюються безбарвні листки, нездатні до фотосинтезу).
Більшість фото-синтезуючих організмів має різні хлорофіли хлорофіл а
(обов’язковий), хлорофіл Ь (у зелених рослин), хлорофіл с (у діатомових
і бурих водоростей), хлорофіл d (у червоних водоростей). Зелені й
пурпурові бактерії містять особливі бактеріо-хлорофіли.
В основі фотосинтезу лежить окислювально-відновний процес, пов’язаний із
перенесенням електронів від сполук постачальників електронів (донорів)
до сполук, які їх сприймають (акцепторів), з утворенням вуглеводів і
виділенням в атмосферу молекулярного кисню. Світлова енергія
перетворюється на енергію синтезованих органічних сполук (вуглеводів) в
особливих структурах – реакційних центрах, що містять хлорофіл а.
У процесі фотосинтезу у зелених рослин і ціанобактерій беруть участь дві
фото-системи – перша (І) та друга (II), які мають різні реакційні центри
та пов’язані між собою через систему перенесення електронів.
Процес фотосинтезу відбувається в дві фази – світлову та темнову. У
світлову фазу, реакції якої перебігають у мембранах особливих структур
хлоропластів – тилакоїдів за наявності світла фото-синтезуючі пігменти
вловлюють кванти світла (фотони).
Поглинання фотонів приводить до “збудження” одного з електронів молекули
хлорофілу, який за допомогою молекул – переносників електронів
переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів, набуваючи певної
потенційної енергії.
У фото-системі І цей електрон може повертатись на свій енергетичний
рівень і відновлювати її, а може передаватись такій сполуці, як НАДФ
(нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат).
Електрони, взаємодіючи з іонами водню, які є в навколишньому середовищі,
відновлюють цю сполуку:
Нагадаймо, що коли певна сполука віддає електрон – вона окислюється, а
коли приєднує – відновлюється. Відновлений НАДФ (НАДФ • Н2) згодом
постачає водень, потрібний для відновлення атмосферного СО2 до глюкози
(тобто сполуки, в якій запасається енергія).
? 3/4
y??Збуджені електрони, повертаючись на свій енергетичний рівень, можуть
передаватись фото-системі І і таким чином п відновлювати. Фото-система
II відновлюється за рахунок електронів, які постачають молекули води.
Під дією світла за участю ферментів молекули води розщеплюються (фотоліз
води) на протони водню та молекулярний кисень, який виділяється в
атмосферу, а електрони використовуються на відновлення фото-системи II:
Енергія, вивільнена при поверненні електронів із зовнішньої поверхні
мембрани тилакоїдів на попередній енергетичний рівень, запасається у
вигляді хімічних зв’язків молекул АТФ, які синтезуються під час реакцій
в обох фото-системах. Деяка її частина витрачається на випаровування
води. Таким чином, під час світлової фази фотосинтезу утворюються багаті
на енергію (яка запасається у вигляді хімічних зв’язків) сполуки:
синтезується АТФ і відновлюється НАДФ. Як продукт фотолізу води в
атмосферу виділяється молекулярний кисень.
Реакції темнової фази фотосинтезу перебігають у внутрішньому середовищі
(матриксі) хлоропластів як на світлі, так і за його відсутності. Як
згадувалося раніше, в ході реакцій темпової фази С02 відновлюється до
глюкози завдяки енергії, що вивільнюється при розщепленні АТФ, та за
рахунок відновленого НАДФ.
Сполукою, яка сприймає атмосферний СО2, є
рибульозобіфосфат (п’яти-вуглецевий цукор, сполучений із двома залишками
фосфорної кислоти). Процес приєднання СО2 каталізує фермент
карбоксилаза. Внаслідок складних і багатоступеневих хімічних реакцій,
кожну з яких каталізує свій специфічний фермент, утворюється кінцевий
продукт фотосинтезу – глюкоза, а також відновлюється акцептор СО2, –
рибульозобіфосфат. З глюкози в клітинах рослин можуть синтезуватися
полісахариди – крохмаль, целюлоза тощо.
Підсумкове рівняння процесу фотосинтезу у зелених рослин має такий
вигляд:
У фото-синтезуючих прокаріот є певні відмінності у перебігу світлової та
темнової фаз фотосинтезу. У прокаріот відсутні пластиди, тому
фото-синтезуючі пігменти розташовані на внутрішніх виростах
цитоплазматичної мембрани, де і відбуваються реакції світлової фази. У
зелених і пурпурових бактерій, на відміну від ціанобактерій, немає
фото-системи II, постачальником електронів є не вода, а сірководень,
молекулярний водень та деякі Інші сполуки. Внаслідок цього у цих груп
бактерій під час фотосинтезу кисень не виділяється.
Значення фотосинтезу для біосфери важко переоцінити. Саме завдяки цьому
процесові вловлюється світлова енергія Сонця. Фото-синтезуючі організми
перетворюють її на енергію хімічних зв’язків синтезованих вуглеводів, а
потім по ланцюгах живлення вона передається гетеротрофним організмам.
Отже, не буде перебільшенням вважати, що саме завдяки фотосинтезу
можливе існування біосфери.
Зелені рослини та ціанобактерії, поглинаючи вуглекислий газ і виділяючи
кисень, впливають на газовий склад атмосфери. Увесь атмосферний кисень
має фотосинтетичне походження. Щорічно завдяки фотосинтезу на Землі
синтезується близько 150 млрд. тонн органічної речовини і виділяється
понад 200 млрд. тонн вільного кисню, який не тільки забезпечує дихання
організмів, але й захищає все живе на Землі від згубного впливу
короткохвильових ультрафіолетових космічних променів (озоновий екран
атмосфери).
Але загалом процес фотосинтезу малоефективний. У синтезовану органічну
речовину переводиться лише 1-2% сонячної енергії. Це пояснюється
неповним поглинанням світла рослинами, а також тим, що частина сонячного
світла відбивається від поверхні Землі назад у космос, поглинається
атмосферою тощо.
Продуктивність процесу фотосинтезу зростає за умов кращого
водопостачання рослин, їхнього оптимального освітлення, забезпечення
вуглекислим газом, завдяки селекції сортів, спрямованій на підвищення
ефективності фотосинтезу тощо.
Однією з найпродуктивніших культурних рослин вважають кукурудзу, в якої
досить високий коефіцієнт корисної дії фотосинтезу.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
