Удивительная энергия возбужденного хлорофилла
Чрезвычайно интересный и еще не выясненный до конца процесс производства энергии зелеными растениями сегодня представляется следующим образом. Квант света, поглощаясь молекулой хлорофилла, сообщает энергию ее электронам, которые переходят на возбужденные уровни. Оттуда они совершают путешествие по другим молекулам, связанным с хлорофиллом в единую цепочку генерации энергии. Если бы не было такого «содружества» то электроны, поднятые на высокие энергетические уровни, просто опустились бы на прежние места, а поглощенная энергия рассеялась бы. Иными словами, молекула испустила бы квант энергии, не совершив никакой химической работы. Произошло бы примерно то же, что происходит, когда подскакивает стальной шарик. Он падает, не совершив почти никакой работы, разве что на преодоление трения воздуха и удар о землю. Иное дело, если бы шарик, подпрыгнув, например, замкнул бы собою электрическую цепь, тем самым заставив зажечься лампочку. Здесь тоже потерялась бы какая-то доля энергии, но зато была бы выполнена полезная работа, хотя шарик и вернулся бы в конце концов в исходное состояние.
Нечто подобное происходит и с возбужденными электронами молекулы хлорофилла. Израсходовав избыток энергии, сообщенной им квантом света, они возвращаются на прежние уровни. Кому же передают свою энергию возбужденные электроны? Нашим хорошим знакомым — цитохромам, вырабатывающим основную энергетическую валюту организма — АТФ. Заметим, что фотосинтетическая эстафета передачи энергии светового кванта происходит с весьма высоким кпд, примерно 97 %, а весь процесс фотосинтеза совершает полезную работу несколько меньше 30 %.
Мы не зря привели эти цифры. Выработка АТФ клеткой поразительно совершенна. На единицу массы ; живое существо производит энергии гораздо больше, чем Солнце. Любопытно, что человек, весящий 70 кг, вырабатывает АТФ до 75 кг в день, то есть больше собственного веса! Такое же количество АТФ, выпускаемое промышленностью для технических нужд, стоит ни много ни мало 150 тыс. долларов.
Производство энергии — это, так сказать, одна из сторон деятельности хлорофилла, не выходящая за пределы организма. Более впечатляюща другая сторона, характерная начальными и конечными продуктами фотосинтеза. В результате этого процесса из углекислого газа и воды под действием света образуются органические соединения и кислород. Благодаря хлорофиллу ежегодно на Земле происходит усвоение 200 млрд. т углекислоты, что дает 100 млрд. т органических веществ и около 145 млрд. т свободного кислорода.
Сегодня уже общепризнано, что благодаря фотосинтезу первых зеленых организмов, появившихся примерно три миллиарда лет назад, сформировалась современная атмосфера и появились условия для образования биосферы (выше мы уже об этом говорили). Вот такие чудеса творит магний в порфириновом кольце
Источник
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.
Источник
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 процессфотолизом 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.
Источник
РАЗДЕЛ 2 — 7 КЛЕТКА
А. В процессе гликолиза происходят многоступенчатые ферментативные реакции превращения глюкозы в молекулы пировиноградной кислоты.
Б. Энергетический обмен представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся синтезом АТФ.
615.Белки, в отличие от нуклеиновых кислот,
участвуют в образовании плазматической мембраны
являются ускорителями химических реакций
осуществляют транспортную функцию
выполняют защитную функцию
переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме
616.Установите соответствие между строением органоида и его видом.
состоит из двух перпендикулярно расположенных цилиндров
состоит из двух субъединиц
содержит белки, обеспечивающие движение хромосом
содержит белки и нуклеиновую кислоту
617.Для соматической клетки животного характерен диплоидный набор хромосом. Определите хромосомный набор (n) и число молекул ДНК (с) в клетке в конце телофазы мейоза I и анафазе мейозаII. Объясните результаты в каждом случае.
618.Что является структурно-функциональной единицей строения организмов всех царств?
619.Какие вещества выполняют в клетке информационную функцию?
620.Какой процесс лежит в основе образования двух хроматид перед делением клетки?
621.Четвертичная структура молекулы гемоглобина представляет собой
глобулу из одной полипептидной цепи
двойную полипептидную спираль
несколько соединённых полипептидных цепей
последовательность аминокислот в полипептидной цепи
622.Каковы конечные продукты подготовительного этапа энергетического обмена?
мочевина и молочная кислота
623.Верны ли следующие суждения об обмене веществ?
А. Пластический обмен представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ в клетке, сопровождающихся выделением энергии.
Б. Хлорофилл растительных клеток улавливает солнечную энергию, которая аккумулируется в молекулах АТФ.
624.Установите последовательность процессов, происходящих при фагоцитозе.
поступление мономеров в цитоплазму
захват клеточной мембраной питательных веществ
гидролиз полимеров до мономеров
образование фагоцитозного пузырька внутри клетки
слияние фагоцитозного пузырька с лизосомой
625.В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами АГЦ, ГЦЦ, УЦА, ЦГА, АГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Объясните последовательность ваших действий. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК)
Источник