автотрофные и гетеротрофные клетки.
фотосинтез.
хемосинтез по способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы.
автотрофные клетки.
одна группа клеток способна синтезировать органические вещества из неорганических соединений coz и 1420 и т.
д.
из этих бедных энергией соединений клетки синтезируют глюкозу, аминокислоты, а затем и более сложные органические соединения: сложные углеводы, белки и т.
д.
клетки, способные синтезировать органические соединения из неорганических, называют автотрофными или автотрофами.
главными автотрофами на земле являются клетки зелсных растений.
авто - трофное питание присуще также небольшой группе микроорганизмов.
гетеротрофные клетки.
другая группа клеток не способна синтезировать органические вещества из неорганических соединений.
эти клетки нуждаются в доставке уже готовых органических соединений.
животные поедают других животных и растения и получают с пищей готовые углеводы, жиры, белки.
клетки, не способные к синтезу органических соединений из неорганических веществ и нуждающиеся поэтому в доставке 1.
готовых органических веществ извне, называют гетеротрофными клетками или гетеротрофами.
клетки всех животных, человека, большинства микроорганизмов, некоторых растений например, грибов являются гетеротрофами.
точно так же гетеротрофами являются клетки зелсных растений, не содержащие хлорофилла, например клетки корня.
фотосинтез.
синтез органических соединений из простых, бедных энергией веществ нуждается в притоке энергии извне.
зелсные растения используют для этой цели световую энергию солнца.
растительные клетки обладают специальным механизмом, позволяющим им преобразовывать световую энергию в химическую энергию.
синтез органических соединений, идущий за счст световой энергии, называют фотосинтезом.
процесс фотосинтеза выражается следующим суммарным уравнением: бсог бнго сен, 206 602 как видно из уравнения, в ходе фотосинтеза вещества, бедные энергией 002 и hg0, переходят в углевод сложное богатое энергией органическое вещество.
кроме углеводов, в результате фотосинтеза образуется также молекулярный кислород.
суммарное уравнение фотосинтеза не даст представления о его механизме.
это сложный, многоступенчатый процесс.
центральная роль в нем принадлежит хлорофиллу органическому веществу зелсного цвета.
процесс фотосинтеза рис.
82 начинается с освещения хлоропласта видимым светом.
свет поглощается хлорофиллом, и один из его электронов переходит в возбужденное состояние он покидает свою основную орбиту и перескакивает на высшую орбиту.
возбужденный электрон приобретает потенциальную энергию.
такой электрон может вернуться на свос место к молекуле хлорофилла, и тогда избыточная энергия его частично перейдет в тепло, частично высветится в виде флуоресценции.
часть возбужденных электронов присоединяется к ионам водорода.
в клетке всегда имеется некоторое количество н и он - ионов, так как в водном растворе часть молекул воды находится в диссоциированном состоянии: н20 н он - 1 электрон, попав в ион водорода, превращает его в' атом водорода: н е н 2 ион гидроксила, оставшийся без противоиона, тотчас же передаст свой электрон другим молекулам и ионам и превращается в свободный радикал он: 172 он - е он 3.
свободные атомы водорода и он - радикалы в химическом отношении исключительно активны.
атомы водорода сразу же перехватываются всегда присутствующими в клетке молекулами органических веществ, которые легко присоединяют водород и так же легко передают его другим молекулам.
эти органические вещества поэтому и называют переносчиками водорода.
свободные он - радикалы взаимодействуют друг с другом, причсм образуются молекулярный кислород и вода: 40н 02 2 0 просуммировав реакции 1, 2, 3 и 4, получим: 2нго 02 4н 4 таким образом, в итоге молекулярный кислород, образующийся при фотосинтезе, возникает в результате разложения воды под влиянием световой энергии.
процесс разложения веществ под влиянием света называют фотолизом.
по своему механизму фотолиз воды сходен с электролизом воды.
вспомните, что при пропускании электрического тока через водный раствор ионы водорода получают электроны от катода и превращаются в атомы водорода, а он - ионы, отдав электроны аноду, превращаются в свободные он - радикалы, из которых образуются молекулярный кислород и вода.
другая часть возбужденных электронов, а также электронов, отделяющихся от ионов гидроксилов реакция 3, попадает в ферментную систему, катализирующую синтез атф и адф и неорганического фосфата ф в клетке всегда имеется некоторый запас адф и ф, и энергия возбужденных электронов преобразуется в энергию макроэргической фосфатной связи: адф ф атф.
итак, избыточная энергия возбужденных электронов порождает два процесса: 1 фотолиз воды, 2 синтез атф.
эти реакции идут только на свету.
их осуществление является непосредственным результатом поглощения хлорофиллом световой энергии.
поэтому данную стадию фотосинтеза называют световой фазой.
дальнейшие синтетические процессы фотосинтеза протекают как на свету, так и в темноте.
поэтому комплекс этих реакций называют темновой фазой.
темновая фаза фотосинтеза представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций.
центральное место среди них занимает реакция связывания cog.
углекислота проникает в лист из атмосферы и включается в состав одного из промежуточных соединений.
в конечном итоге образуются углеводы, сначала моносахариды гексоза, затем ди - и полисахариды крахмал.
расщепление глюкозы сопровождается освобождением большого количества энергии стр.
170.
следовательно, синтез глюкозы, происходящий в темновую фазу, представляет процесс, идущий с поглощением энергии.
для его осуществления используется энергия атф, синтезированная в световую фазу рис.
82.
далее нужно учесть, что из coz в итоге возникают молекулы, имеющие состав сбн ое.
для синтеза такой частицы с 6с требуется, очевидно, 6002.
но тогда должны быть удалены лишние атомы кислорода, так как в cc z число атомов о вдвое больше, чем число атомов с, а в 061 - 11206 число с и о атомов равное.
для удаления кислорода используется водород, образовавшийся в световую фазу при фотолизе воды и находящийся в непрочном соединении с органическими молекулами переносчиками водорода: 6coz 24h сен 1206 61420 итак, в темновую фазу идст синтез углеводов, причсм для его осуществления расходуется энергия химических соединений атф и атомов н, возникших в световую фазу в результате преобразования световой энергии солнца.
в изучение роли света и хлорофилла в процессе усвоения соа при фотосинтезе большой вклад внсс крупнейший русский учсный к.
а.
тимирязев.
ему принадлежат и непревзойденные работы по популяризации знаний по фотосинтезу, о котором он писал так: это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете.
такое утверждение вполне обоснованно, так как фотосинтез не только основной поставщик органических соединений, но и единственный источник свободного кислорода на земле.
общая продуктивность фотосинтеза громадна: ежегодно растительность земли связывает 170 млрд.
т углерода.
помимо того, растения вовлекают в синтез миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов.
в результате ежегодно синтезируется около 400 млрд.
г органических ве - 17 ществ.
при всей грандиозности масштабов природный фотосинтез - медленный и малоэффективный процесс: зелсный лист использует для фотосинтеза всего около 1 падающей на него солнечной энергии.
продуктивность фотосинтеза составляет примерно 1 г органических веществ на 1 м' площади листьев в час.
таким образом, летом 1 м листвы вырабатывает примерно 15 16 г органических веществ за сутки.
дыхание растений и фотосинтез.
растительные клетки, как и все другие клетки, постоянно дышат, т.
е.
поглощают кислород и выделяют углекислоту.
днсм наряду с дыханием растительные клетки преобразуют световую энергию в химическую: они синтезируют органические вещества.
при этом в качестве побочного продукта реакции выделяется молекулярный кислород.
количество кислорода, выделяемого растительной клеткой в процессе фотосинтеза, в 20 30 раз больше, чем поглощение его в одновременно идущем нроцессе дыхания.
днсм, когда растения и дышат, и фотосинтезируют, они обогащают воздух кислородом, а ночью, когда фотосинтез прекращается, они только дышат, т.
е.
поглощают кислород и выделяют углекислоту.
хемосинтез.
кроме клеток зелсных растений, автотрофность свойственна некоторым бактериям, у которых нет хлорофилла.
способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.
этот тип автотрофов был открыт русским учсным - микробиологом с.
н.
виноградским.
для синтеза бактерий используют энергию химических реакций.
они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию реакций окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений.
этот процесс называют хемосинтезом.
наиболее известные автотрофы - хемосинтетики нитрифицирующие бактерии.
источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную.
автотрофами - хемосинтетика - ми являются железобактерии и серобактерии.
первые из них используют энергию, выделяющуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное, вторые окисляют сероводород до серной кислоты.
роль автотрофов - хемосинтетиков очень велика, особенно нитрифицирующих бактерий.
они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате их жизнедеятельности азот, находящийся в виде соединений, недоступных для усвоения растениями, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо ими усваиваются.
