Автотрофы — организмы, получающие энергию за счет неорганических соединений (некоторые бактерии и все зеленые растения). Гетеротрофы — организмы, не способные синтезировать сложные органические соединения из неорганических, поэтому нуждающиеся в постоянном поступлении из окружающей среды готовых органических веществ (например, животные, грибы, многие бактерии).
Источник Углерода Источник энергии Неорганические соединения и углекислый газ (СО2) Органические соединения, синтезируемые другими организмами Свет ( hν ) Фотоавтотрофы: растения, синезеленые водоросли и часть бактерий – зеленые и пурпурные серобактерии Фотогетеротрофы: некоторые пурпурные несерные бактерии Химический источник: окисление неорганических/ органических веществ в процессе дыхания Хемоавтотрофы: хемосинтезирующие азотфиксирующие бактерии Хемогетеротрофы: животные, грибы, большая часть бактерий, паразитические растения
3 этапа фотосинтеза фотофизический фотохимический химический происходит поглощение квантов света пигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы происходит разделение зарядов в реакционном центре, перенос электронов по фотосинтетиче-ской электронотранспортной цепи, что заканчивается синтезом АТФ и НАДФН биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии - цикл Кальвина и глюконеогенез, образование сахаров и крахмала из углекислого газа воздуха Светозависимые стадии
Особенность: При слишком интенсивном свете хлоропласты уходят на нижнюю поверхность клетки При недостатке света поднимаются на верхнюю поверхность – ближе к свету Хлоропластам свойственно постоянное перемещение по клетке благодаря движению цитоплазмы Клетки растения – под микроскопом видны хлоропласты
Трехмерное представление и микрофотография пластиды-хлоропласта Трехмерная схема расположения и взаимосвязи ламелл и гран внутри хлоропласта: 1 — граны ; 2 — ламеллы
Фотосинтетические пигменты высших растений делятся на две группы : 1 – хлорофиллы 2 – каротиноиды Роль этих пигментов - поглощение света и превращение его энергии в химическую энергию Локализация: в мембранах хлоропластов, и хлоропласты обычно располагаются в клетке так, чтобы их мембраны находились под прямым углом к источнику света, что гарантирует максимальное поглощение света.
Схематическое представление об энергетических ловушках в фотосистемах I и II. Р - пигмент, те молекула первичного пигмента хлорофилла а
Сравнение циклического и нециклического пути фосфорилирования Нециклические Циклические Путь электронов нециклический циклический Первый донор – источник электронов Вода Фотосистема I (Р700) Последний акцептор электронов НАДФ Фотосистема I (Р700) Продукты Полезные: АТФ, НАДФН Побочные: 02 Полезные: только АТФ Участвую-щие фотосисте-мы I и II Только I
В крахмал Расставим коэффициенты 6 6 6 6 6 6 12 12 12 12 12
1. Карбоксилирование — с образованием неустойчивого шестиуглеродного соединения, распадающегося на 2 молекулы фосфоглицериновой кислоты. 2. Восстановление фосфоглицериновой кислоты до альдегида — триозофосфата с использованием НАДФН и АТФ. Из двух образующихся молекул триозофосфата в последующем и образуется конечный продукт фотосинтеза — глюкоза. Глюкоза в последующем может полимеризоваться в крахмал и целлюлозу. 3. Регенерация акцептора для углекислого газа — рибулозодифосфата. Из оставшихся 3-углеродных молекул триозофосфатов через ряд промежуточных реакций, идущих с перераспределением атомов углерода и расходом энергии АТФ, образуется 5-углеродный рибулозомонофосфат, а затем рибулозодифосфат, который снова включается в цикл.
1 - Накопление органической массы. Сахар – стойкий продукт фотосинтеза. Его производится больше, чем каких-либо других химических соединений на Земле – миллиарды тонн ежегодно Все живые организмы могут жить, лишь потребляя в виде пищи ту энергию, которую зеленые растения с помощью хлорофилла получили от Солнца и заключили в органические соединения
2 - Накопление энергии – очень важное для живой природы явление, обусловленное фотосинтезом зеленых растений, содержащих хлорофилл. Органические вещества – отличный энергоноситель. Созданные с участием хлорофилла и солнечного света углеводы, а также образованные в растениях белки и жиры содержат в химических связях много энергии. Особенно много ее в крахмале и различных сахарах
3 - Обеспечение постоянства содержания углекислого газа в атмосфере. В атмосфере Земли углекислый газ составляет 0,03 % от объема воздуха. Эта величина удерживается на протяжении многих тысячелетий, несмотря на то что великое множество живых организмов в процессе дыхания выделяют углекислый газ. Еще больше его выделяется при гниении и разрушении мертвых тел, при извержении вулканов, пожарах, при сжигании топлива. Все это огромное количество углекислого газа поглощают зеленые растения в процессе фотосинтеза, сохраняя более или менее постоянное содержание углекислого газа в атмосфере Земли и тем самым обеспечивая возможность жизни на нашей планете.
4 - Накопление кислорода в атмосфере. В настоящее время кислород воздуха в атмосфере занимает 21 % его объема. Как побочный продукт фотосинтеза кислород ежегодно поступает в атмосферу в огромном количестве (70-120 млрд т). Благодаря этому все организмы на Земле – бактерии, грибы, животные, в том числе человек и сами растения, – могут дышать и осуществлять свои жизнедеятельные процессы. В древние времена, когда на нашей планете еще не было растений, не было и кислорода в атмосфере. Из кислорода, выделяемого растениями при фотосинтезе, на высоте примерно 25 км над поверхностью Земли под действием солнечной радиации образуется озон. Он задерживает часть ультрафиолетовых лучей (коротковолновых), которые губительно действуют на живые организмы. Озоновый слой, окутывающий Землю, создает благоприятные условия для жизни организмов
5 - Создание почвы на Земле. Органические вещества, образованные зелеными растениями, потребляются живыми существами суши. Отходы процессов жизнедеятельности организмов, продукты гниения и разложения мертвых тел (растений, животных, грибов, бактерий) и их отдельных частей (опавшие листья, отмершие корни, корневые волоски, обильные корневые выделения ), попадая в верхний слой земной поверхности и разлагаясь там, принимают участие в создании уникального природного образования – почвы.
– процесс образования органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций. Способностью к хемосинтезу обладают лишь некоторые микроорганизмы (хемосинтезирующие бактерии) Хемосинтез 1888г. - Сергей Николаевич Виноградский, выдающийся русский микробиолог открыл хемосинтез
Азотфиксирующие (клубеньковые) бактерии – переводят почвенный азот с доступную для усвоения растениями форму: 2 NH 2 + 30 2 = 2 HNO 2 + 663 кДж 2 HNO 2 + O 2 = 2 HNO 3 + 142 кДж Серные бактерии – участвуют в природном круговороте серы: 2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S + 272 кДж 2 S + 3 O 2 + H 2 O = 2 H 2 SO 4 + 636 кДж Водородные бактерии – окисляют водород до воды: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 235 кДж Хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе и образовании полезных ископаемых.
