54. Пигменты хлоропластов, их оптические, химические свойства и функции
Важнейший компонент аппарата фотосинтеза пигменты — это органические гидрофобные соединения липидной природы, избирательно поглощающие свет в видимом участке солнечного спектра.
Пигменты в растениях относятся к трем классам – хлорофиллам, фикобилинам и каротиноидам.
Хлорофиллы — высшие растения содержат два зелёных пигмента: хлорофилл а (его формула С55Н72О5N4Mg) и хлорофилл b (С55Н70О6N4Mg) это основные пигменты фотосинтеза.
Ведущая роль принадлежит магнию, благодаря которому образуются агрегаты (объединения) молекул хлорофилла, что способствует улавливанию света
Хлорофилл а имеется у всех фотосинтезирующих организмов, способных к выделению кислорода
Хлорофилл b обнаружен в листья высших растений и зелёных водорослях (его в 3 раза меньше чем хлорофилла а)
Каждый вид хлорофилла поглощает лучи солнечного спектра, определённой длинны волны (хлорофилл b поглощает коротковолновые кванты с длинной волны 680нм (Р680), хлорофилл а – длинноволновые кванты – 700нм (Р700) )
Каротиноиды – это жёлтые или оранжевые пигменты, найденные во всех фотосинтезирующих клетках. Имеется две группы каротиноидов: каротины и ксантофиллы.
Они выполняют вспомогательные функции.
— Образование светособирающего комплекса (фотосистем) – поглощённая каротиноидами световая энергия передаётся на хлорофиллу a
— Защита молекул хлорофилла от светоокисления на ярком свету.
— От соотношения хлорофиллов и каротиноидов зависит цвет листьев (в зелёных листья каротиноиды обычно незаметны из-за наличия в хлоропластах хлорофилла, но осенью , когда хлорофилл разрушается, именно каротиноиды придают листья характерную осеннюю окраску)
Фикобилины. Содержаться в цианобактериях и красных водорослях (не содержат магния).
Известны три класса фикобилинов – фикоэритрины, найдены в красных водорослях (красные), фикоцианины, обнаружены у цианобактерий (голубые) и аллофикоцианины.
69. Окислительное фосфорилирование, его локализация и сущность
Окислительное фосфорилирование — процесс запасания энергии, один из важнейших компонентов клеточного дыхания, приводящего к получению энергии в виде АТФ, позволяет аэробным организмам улавливать значительную долю потенциальной свободной энергии окисления субстратов. Субстратами окислительного фосфорилирования служат продукты расщепления органических соединений — белки, жиры и углеводы. Процесс окислительного фосфорилирования у высших растений, происходит в специализированных органеллах — митохондриях. Число митохондрий в одной клетке колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен. Наибольшее количество их установлено в гетеротрофных клетках. Митохондрии окружены двумя отдельными мембранами: внешняя — гладкая, внутренняя — содержит складки, называемые кристами. Полость митохондрий заполнена матриксом. Каждая из частей митохондрий содержит различные комплексы ферментов и обладает специфическими функциями. Окислительное фосфорилирование и синтез АТФ протекают на наружной поверхности внутренней мембраны. Здесь локализованы ферменты дыхательной цепи, фактор сопряжения, специализированные переносчики для органических фосфатов, аминокислот и жирных кислот, дикарбоновых и трикарбоновых кислот. Количество АТФ, синтезированного митохондриями, прямо пропорционально числу крист и суммарной поверхности внутренней мембраны. Внешняя мембрана содержит ферменты метаболизма жирных кислот, фосфолипидов и липидов. В матриксе локализованы ферменты цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот (цикл Кребса), ферменты окисления жирных кислот, синтеза рибосом, белков, рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот. Число ферментов, функционирующих в митохондриях, превышает 40. Органические вещества, окисляемые митохондриями, поступают в матрикс из цитоплазмы. Синтезированная АТФ переносится в цитоплазму переносчиком транслоказой с одновременным обменом на эквивалентное число молекул аденозиндифосфата (АДФ). Механизм окисления в митохондриях имеет 2 специфические особенности: освобождение энергии происходит при переносе электронов и протонов (или атомов водорода) от промежуточных соединений цикла Кребса по дыхательной цепи к кислороду; энергия, освобождаемая при дыхании, используется и запасается постепенно. Дыхательная цепь митохондрий включает ряд окислительно-восстановительных ферментов с различными потенциалами. В отдельных участках дыхательной цепи осуществляется перенос либо электронов и протонов (цепь переноса водорода), либо только электронов (электрон-транспортная цепь). Первым переносчиком водорода по цепи является никотинамидаденинди-нуклеотид (НАД) или его фосфорилированная форма (НАДФ), вторым — флавиновые ферменты, третьим — цитохромы, от которых электроны переносятся непосредственно на кислород. В процессе переноса водорода от промежуточных соединений цикла Кребса к кислороду в трех точках дыхательной цепи, где перепад энергии наибольший, окисление сопряжено с фосфорилированием. Энергия, освобождающаяся при переносе атомов водорода или электронов, используется для синтеза АТФ из АДФ и неорганических фосфата. При окислении одной молекулы пировиноградной кислоты и переносе электронов по цепи в митохондриях синтезируется 15 молекул АТФ. Поскольку каждая молекула глюкозы дает 2 молекулы пировиноградной кислоты, всего на аэробной фазе окисления глюкозы образуется 30 молекул АТФ. Эффективность использования энергии при окислительном фосфорилировании составляет 55%, остальные 45% энергии субстрата выделяются в виде тепла, способствуя повышению скорости биохимических процессов в растениях. Суть механизма окислительного фосфорилирования по Митчеллу состоит в том, что дыхательная цепь митохондрий сопряжена с системой синтеза АТФ через разность электрохимических потенциалов протонов на сопрягающих мембранах. При этом перенос электронов и синтез АТФ связаны с работой двух обратимых протонных помп. Транспорт электронов по цепи индуцирует разность потенциалов, используемую для обращения протонной помпы, гидролизующей АТФ, а, следовательно, для синтеза самого АТФ.
Возможное объяснение механизма окислительного фосфорилирования предлагает хемиосмотическая теория. Ряд лекарственных веществ и ядов (цианид, окись углерода) подавляют окислительное фосфорилирование, обычно с фатальными последствиями. Окислительное фосфорилирование является столь жизненно важным процессом, что нарушение его нормального хода несовместимо с жизнью. Этим можно объяснить, почему обнаружено лишь небольшое количество генетических нарушений, затрагивающих эту систему.
Источник
13. Оптические свойства пигментов зелёного листа.
1)Основное свойство хлорофилла-способность поглощать световую энергию,причем поглощение хлорофиллом света явл. не сплошным,а избирательным.В этом можно убедиться,пропуская белый свет через раствор хлорофилла,а затем разлагая его при помощи призмы.При этом отдельные участки спектра окажутся поглощенными,и на их месте будут видны темные полосы.Полученный спектр наз. спектром поглощения.
Зеленый поглощает сине-фиолетовую и красную области, а желтый – сине-фиолетовую.
2)Другое оптич. свойство хлорофилла-флюоресценция,возникающей при поглощении света.Это явление объясняется переходом молекул хлорофилла из возбужденного в нормальное состояние и сопровождается излучением в пространство квантов красной области спектра. В проходящем свете-зел цвет, в отраженном-красный. Флюоресценция имеет место не только в растворах,но и в живых листьях,хотя интенсивность ее за пределами листа при обычном освещении не видна.Довольно интенсивное излучение флюоресценции возникает при лазерном облучении листьев раст.
14.Биоэлектрическая активность древесных растений.
При оценке жизнеспособности раст. более высокое значение биоэлектрических потенциалов (БЭП)свойственно деревьям лучшего физиологического состояния.На величину БЭП непосредственно влияет тем-ра,оводненность и ионный состав тканей.Надземная часть древесных раст. в большинстве случаев заряжена положительно по отношению к подземной;максимальные величины потенциалов генерируются у вершины деревьев,по высоте ствола величина потенциала может распределяться неравномерно.Отмечается увел. амплитуды БЭП днем и падение к ночи.Максимум амплитуды БЭП в сезонной динамике наблюдается в период интенсивности ростовых процессов(май,июнь).БЭП измеряется в милливольтах.Потенциал покоя выражает электрофизиологическое свойство живого образования,находящегося в период физиологического покоя.Он представляет собой разность потенциалов между живой структурой и окр. нейтральной средой.Потенциалы повреждения-потенциалы,возникающие между поврежденным(всегда электроотрицателен) и неповрежденным участками живого образования.Потенциал действия-колебания электрических потенциалов,возникающие в раздраженных тканях при переходе их в активное состояние.Метаболические потенциалы-разность между потенциалами покоя отдельных структурных звеньев.
15.Значение микроэлементов в жизни растений.
Они активируют деятельность различных ферментов, участвующих в азотном обмене, процессе дыхания, повышают продуктивность ф-за, положительно действуют на синтез ауксинов, повышают устойчивость к заболеваниям. Железо-поступает в раст. в виде иона Fe и входит в состав окис-восстан. Ферментов,в частности ферментов цитохромной системы,принимающих участие в электронно-транспортной цепи при фотосинтезе и дыхании.Железо катализирует образование хлорофилла.При недостатке Fe у зеленых раст. возникает хлороз.
Марганец необходим для синтеза хлорофилла. Основная его функция- активации ферментных систем. Влияет на доступность железа. Недостаток вызывает деформацию листьев и образование хлоротичных или мертвых участков. Марганец относительно неподвижен. Он ядовит (за исключением небольших концентраций) и в листьях деревьев его концентрации часто приближаются к токсичному уровню. У деревьев, растущих на известковых почвах, встречается дефицит марганца.
Цинк. У деревьев нескольких видов недостаток приводит к деформациям листьев, напоминающим вирусные болезни. Цинк очень токсичен даже в относительно низких концентрациях, и не будет неожиданностью, если по мере развития лесоводства обнаружатся примеры ущерба от избытка цинка. Медь. Является компонентом некоторых ферментов. Растениям необходимы очень небольшие количества меди, высокие концентрации токсичны. Доказана необходимость меди для сеянцев ели и для сосны. Недостаток меди вызывает суховершинность у цитрусовых. У лесных пород, по-видимому, не бывает заметного дефицита меди. Бор. Требуется в очень малых количествах. В зависимости от вида растения потребность в боре колеблется от 5 до 15 частей на миллион. К сожалению, оптимальная для роста концентрация бора у некоторых видов очень близка к токсичной концентрации. Хвойные, по-видимому, выдерживают меньшие концентрации бора по сравнению с покрытосеменными растениями. Недостаток бора вызывает серьезные повреждения и отмирание апикальных меристем. Бор, необходим для передвижения сахаров. Растения, которым не хватает бора, содержат больше рacтворимых сахаров и пентозанов, поглощение воды и транспирация у них проходят медленнее, чем у нормальных растений. Молибден нужен растениям в самой низкой концентрации: большинству достаточно менее 1 части на миллион. Недостаток молибдена редко встречается у плодовых деревьев и лесных пород, но при недостатке его может снижаться интенсивность азотфиксации у деревьев семейства бобовых и у ольхи.
16. Дыхательный коэффициент.
Источник