Метаболизм
Каждая живая клетка – это
сложная, высокоупорядоченная система. Содержимое клетки находится в состоянии
непрерывной активности; различные вещества все время входят в клетку и выходят
из нее наружу, т.е. происходит обмен веществ – основа существования живых
организмов.
Метаболизм –
совокупность реакций биосинтеза и расщепления веществ в клетке.
|
|
анаболизм, или ассимиляция, или пластический
обмен
|
катаболизм, или диссимиляция,
или энергетический обмен
|
биологический синтез сложных веществ (подобных
содержимому клетки) из простых (поступающих в клетку извне).
|
ферментативное расщепление (гидролиз, окисление)
сложных органических соединений на простые.
|
реакции идут с использованием энергии,
образующейся в результате диссимиляции.
Интенсивно происходит в процессе роста.
|
реакции идут с выделением энергии (АТФ), которая
используется для ассимиляции, а также на:
1. Поддержание жизненных процессов организма.
2. Биосинтез.
3. На определенную работу, активный транспорт,
мышечные сокращения.
|
фотосинтез, синтез белка.
|
|
первоисточник энергии –
солнце
|
|
Использование
энергии. Типы питания организмов
Источник
С – неорганические соединения (СО2).
|
Источник
С – органические соединения, синтезируемые другими организмами.
|
|
Источник
Е – свет.
|
Фотоавтоотрофы:
растения,
сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные серобактерии.
|
Фотогетеротрофы:
пурпурные
несерные бактерии.
|
Источник
Е – окисление неорганических и органических веществ в процессе
дыхания.
|
Хемоавтотрофы:
хемосинтетические, азотофиксирующие бактерии.
|
Хемогетеротрофы:
животные, грибы, бактерии, растения-паразиты.
|
Фотосинтез.
Хемосинтез
Фотосинтез
Фотосинтез – процесс преобразования Е
солнечного света в Е химических связей органических веществ клетками
зеленых растений, некоторых бактерий, содержащих пигменты.
Фотосинтетическими пигментами являются:
1. Хлорофилл (а-d) – зеленый, поглощает красную и
сине-фиолетовую часть спектра.
2. Бактериохлорофилл (а-е) – бледно-синий.
3. Каротиноиды: каротин – оранжевый, ксантофилл – желтый; поглощают сине-фиолетовую часть спектра.
4. Фикобилины: фикоциан – сине-фиолетовый, фикоэритрин – фиолетово-красный; поглощают зеленую часть спектра.
2. Бактериохлорофилл (а-е) – бледно-синий.
3. Каротиноиды: каротин – оранжевый, ксантофилл – желтый; поглощают сине-фиолетовую часть спектра.
4. Фикобилины: фикоциан – сине-фиолетовый, фикоэритрин – фиолетово-красный; поглощают зеленую часть спектра.
Фотосинтез
– создание на свету из СО2 и Н2О органических веществ с помощью хлорофилла, при
этом в атмосферу выделяется О2
hν
|
||||||||||
6СО2
|
+
|
6Н2О
|
→
|
С6Н12О6
|
+
|
6О2↑
|
||||
хлорофилл
|
глюкоза
|
|||||||||
или
|
||||||||||
hν
|
||||||||||
СО2
|
+
|
Н2О
|
→
|
[СН2О]
|
+
|
О2↑
|
||||
хлорофилл
|
органические вещества
|
|||||||||
↓
|
↓
|
|||||||||
световая фаза
|
темновая фаза
|
|||||||||
в тилакоидах гран хлоропласта
|
в строме хлоропласта
|
|||||||||
Световая фаза
=>нециклический
путь ē (нециклическое фотофосфорилирование).
→циклический путь ē (циклическое фотофосфорилирование).
Возникшая
при этом в реакционном центре Р700 «дырка» заполняется ē, который
возбуждается светом в фотосистеме II, в ее реакционном центре Р680.
Этот ē перемещается по цепи переносчиков (Z, пластохинон, цитохромы,
пластоцианин) и заполняет «дырку» в фотосистеме I. По пути «вниз» этот богатый
Е ē расходует ее на синтез АТФ из АДФ и Ф (фотофосфорилирование).
«Дырка», возникшая в фотосистеме II, заполняется ē, которые образуются в результате фотолиза воды :
hν 2Н2О → 4Н++4ē + О2↑
Таким образом, энергия света
обеспечивает:
1. Синтез АТФ.
2. Восстановление НАДФ+
в НАДФН.
3. Фотолиз воды, который
поставляет ē для фотосистем I и II.
4. Фотолиз воды ведет к
образованию О2, который при фотосинтезе не используется.
В данном случае рассматривается
нециклическое фотофосфорилирование.
Существует еще и циклическое фотофосфорилирование,
при котором ē от Р430 возвращаются на Р700.
Сравнение нециклического и циклического фотофосфорилирования
Фотофосфорилирование
|
Нециклическое
|
Циклическое
|
Путь ē
|
Нециклический
|
Циклический
|
Первый донор ē
|
Н2О
|
Фотосистема I
|
Последний акцептор ē
|
НАДФ
|
Фотосистема I
|
Продукты
|
АТФ, НАДФН, О2
|
АТФ
|
Участвующие фотосистемы
|
I, II
|
I
|
Темновая фаза
В строму
хлоропласта поступают из световой фазы НАДФН, АТФ и из атмосферы СО2,
протекает цикл Кальвина, в результате синтезируется глюкоза:
1. Карбоксилирование –
присоединение СО2 к 5С РиБФ с образованием ФГК.
2. Восстановление ФГК до ТФ с
использованием НАДФН и АТФ. Из 2 ТФ образуется конечный продукт –
глюкоза.
3.
Регенерация акцептора для СО2 – РиБФ.
Наряду с наиболее
распространенным циклом Кальвина (С3–путь) для некоторых растений
характерен путь Хэтча-Слэка (С4–путь), при котором первыми
продуктами фотосинтеза являются 4 С–кислоты (яблочная, ЩУК,
аспарагиновая). С4–растения: кукуруза, сорго, просо, сахарный тростник.
Фотосинтез у прокариот
Особенностями бактериального
фотосинтеза являются:
·
Не выделяется О2, нет фотолиза воды.
·
Донор Н – Н2, Н2S,
органические соединения.
·
Нет фотосистемы II, только фотосистема I.
·
Главный пигмент – бактериохлорофилл.
Фотосинтезирующими бактериями
являются:
· зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии (донор
Н и ē – Н2S);
· пурпурные несерные бактерии (донор Н – органические
соединения).
У сине-зеленых водорослей
фотосинтез протекает, как у эукариот, только у них (сине-зеленых водорослей)
нет хлоропластов, поэтому он происходит на фотосинтетических мембранах по всей
цитоплазме.
Хемосинтез
Хемосинтез осуществляют бактерии,
которые используют в качестве источника углерода СО2, а Е
получают за счет Е окислительно-восстановительных реакций. Хемосинтез открыл
С.Н. Виноградский в 1889–1890 гг.
Хемосинтез осуществляют:
1. Бесцветные серобактерии.
Обитают в водоемах, содержащих сероводород.
2H2S + O2→2H2O
+2S+E
2S + 3O2+ 2H2O
→2H2SO4+ E
2. Нитрифицирующие бактерии.
Осуществляют круговорот азота в природе, нитрификацию почв.
2NH3+ 3O2→
2HNO2 + 2H2O +E Nitrosomonas
2 HNO2+ O2
→ 2HNO3 +E
Nitrobacter
3. Железобактерии. Образуют руды
железа (также образуются и руды марганца).
4FeCO3 + O2
+ 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 +E
4. Водородные бактерии окисляют
водород, образующийся при анаэробном разложении органических остатков
2H2+ O2 → 2H2O + E Pseudomonas
Для удобства я разделила материал по данной теме на две части. Вторая часть будет позднее.
Комментариев нет:
Отправить комментарий