Процессы при фотосинтезе в клетке

Регенерация рибулозодифосфата осуществляется результате межмолекулярных перестроек с участием трансальдолаз и транскетолаз принимают также участие пентозофосфатных путях, описаны главе 9 В превращения вступают 3 соединения глицеральдегид3фосфат, образующийся из него ходе изомеризации дигидроксиацетонфосфат, а также фруктозо1, 6дифосфат, который образуется реакции альдольной конденсации из двух триозофосфатов см Гликолиз, глава. Пластический и энергетический обмены ассимиляция и диссимиляция находятся между собой неразрывной связи С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как процессе работы они изнашиваются и разрушаются Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой. Митотический цикл это жизнедеятельность клетки от деления до следующего деления. После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз Процесс деления включает себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1 1, 5, G2периода интерфазы 2 3, Sпериода интерфазы. Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы профазу, метафазу, анафазу и телофазу Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно одна незаметно переходит другую. В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными цитоплазме клетки Центриоли расходятся к полюсам клетки Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть прикрепляется к центромерам хромосом Содержание генетического материала клетке остается неизменным. В анафазе каждая хромосома расщепляется на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды дочерние хромосомы к противоположным полюсам клетки Содержание генетического материала клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду. У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза хлоропласты строение хлоропластов лекция 7 В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты хлорофиллы и каротиноиды Существует несколько разных типов хлорофилла a, b, c, d, главным является хлорофилл a В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую головку с атомом магния центре и фитольный хвост Порфириновая головка представляет собой плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности мембраны, которая обращена к водной среде стромы Фитольный хвост гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла мембране. Хлорофиллы поглощают красный и синефиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску Молекулы хлорофилла мембранах тилакоидов организованы фотосистемы У растений и синезеленых водорослей имеются фотосистема1 и фотосистема2, у фотосинтезирующих бактерий фотосистема1 Только фотосистема2 может разлагать воду с выделением кислорода и отбирать электроны у водорода воды.

Эта фаза протекает строме хлоропласта Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и темноте Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа поступает из воздуха, приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. С 4 фотосинтез фотосинтез, при котором первым продуктом являются четырехуглеродные С 4 соединения В 1965 году было установлено, что у некоторых растений сахарный тростник, кукуруза, сорго, просо первыми продуктами фотосинтеза являются четырехуглеродные кислоты Такие растения назвали С 4 растениями В 1966 году австралийские ученые Хэтч и Слэк показали, что у С 4 растений практически отсутствует фотодыхание и они гораздо эффективнее поглощают углекислый газ Путь превращений углерода С 4 растениях стали называть путем ХэтчаСлэка. Строение С 4 растений 1 наружный слой клетки мезофилла 2 внут ренний слой клетки обкладки 3 Кранцанатомия 4, 5 хлоро пласты 4 много числен ные граны, крахмала мало 5 немного числен ные граны, крахмала много. Процесс фотосинтез кратко и понятно и для детей Фотосинтез световая и темновая фазы. До ужаса красивы 15 шокирующих пластических операций, завершившихся плачевно Пластическая хирургия среди звезд остается невероятно популярной и по сей день Но проблема том, что раньше результат не всегда оказывался идеальным. Фотохимические реакции фотосинтеза Общее представление о фотосистемах.

Фотосинтетическая функция зеленого растения лежит основе формирования урожая Изучение закономерностей роста и развития растений, находящихся тесной взаимосвязи с процессами фотосинтеза, минерального питания и водного режима растения, основное направление селекционногенетических и агротехнических работ, проводимых мировой сельскохозяйственной практике Оптимизация условий водоснабжения и минерального питания ведет, прежде всего, к увеличению суммарных размеров фотосинтетической поверхности посева площади листьев, увеличению оптической и геометрической плотности посевов, и, следовательно, более полному использованию ими приходящей энергии солнечного света и углекислого газа из воздуха До определенных пределов размер урожая находится тесной связи с размерами площади листьев, длительностью и интенсивностью их работы Однако по мере увеличения плотности посевов усиливается взаимное затенение листьев, снижается их освещенность, ухудшается вентиляция посевов, затрудняется поступление к листьям углекислого газа В результате фотосинтетическая активность растения снижается Обоснование мероприятий, направленных на усиление факторов, увеличивающих продуктивность растений, и на уменьшение и устранение условий, ограничивающих их продуктивность главная задача разрабатываемой нашей стране А А Ничипорович 1977 и за рубежом теории фотосинтетической продуктивности. Эдвардс Дж Уокер Д Фотосинтез С3 и С4 растений Механизмы и регуляция Пер с англ. Уравнение показывает, что зеленом растении за счет энергии света из шести молекул воды и шести молекул диоксида углерода образуется одна молекула глюкозы и шесть молекул кислорода Глюкоза это лишь один из многих углеводов, синтезируемых растениях Ниже приведено общее уравнение для образования углевода с n атомами углерода молекуле. Процесс фотосинтеза состоит из двух последовательных фаз Первая представляет собой совокупность строго светозависимых реакций, поэтому ее назвали световой фазой. Огромные запасы этой энергии виде каменного угля, нефти, газа, торфа, зеленой массы, плодов, семян используются человеком, а также всеми другими живыми организмами Земли Выделяемый при фотосинтезе кислород накапливается атмосфере и поддерживает жизнедеятельность всех аэробных организмов Из кислорода образовался озон, слой которого защищает живые организмы от коротковолнового ультрафиолетового солнечного света. Второе возбуждённое состояние наиболее высокоэнергетично, нестабильно и хлорофилл за 1012 сек переходит с него на первое, с потерей 100 кДж моль энергии только виде теплоты Из первого синглетного и триплетного состояний молекула может переходить основное с выделением энергии виде света флуоресценция или тепла, с переносом энергии на другую молекулу, либо, поскольку электрон на высоком энергетическом уровне слабо связан с ядром, с переносом электрона на другое соединение. Первая возможность реализуется светособирающих комплексах, вторая реакционных центрах, где переходящий возбужденное состояние под воздействием кванта света хлорофилл становится донором электрона восстановителем и передаёт его на первичный акцептор Чтобы предотвратить возвращение электрона на положительно заряженный хлорофилл, первичный акцептор передаёт его вторичному Кроме того, время жизни полученных соединений выше чем у возбуждённой молекулы хлорофилла Происходит стабилизация энергии и разделения зарядов Для дальнейшей стабилизации вторичный донор электронов восстанавливает положительно заряженный хлорофилл, первичным донором же является случае оксигенного фотосинтеза вода.

Окислительновосстановительную сущность фотосинтеза как оксигенного, так и аноксигенного постулировал Корнелис ван Ниль Это означало что кислород фотосинтезе образуется полностью из воды, что экспериментально подтвердил 1941 А П Виноградов опытах с изотопной меткой В 1937 Роберт Хилл установил что процесс окисления воды и выделения кислорода, а также ассимиляции CO2 можно разобщить В 19541958 Д Арнон установил механизм световых стадий фотосинтеза, а сущность процесса ассимиляции CO2 была раскрыта Мельвином Кальвином с использованием изотопов углерода конце 1940х, за эту работу 1961 ему была присуждена Нобелевская премия. В 1955 была выделена и очищена bisco С4 фотосинтез был описан Ю С Карпиловым 1960 и М Д Хэтчем и К Р Слэком. В 1772 году Джозеф Пристли показал, что побег мяты исправляет воздух, испорченный горящей свечой Семь лет спустя Ян Ингенхуз обнаружил, что растения могут исправлять плохой воздух только находясь на свету, причем способность растений исправлять воздух пропорциональна ясности дня и длительности пребывания растений на солнце В темноте же растения выделяют воздух, вредный для животных. В настоящее время принято считать, что процесс фотосинтеза складывается из двух стадий, которых активное участие принимают фотосинтезирующие структуры показать и светочувствительные пигменты клетки. Пузырьковидные структуры, из которых состоит грана, называются тилактоидами В гране от 10 до 20 тилактоидов. Наземные растения поглощают необходимую для процесса фотосинтеза воду через корни, а водные растения получают ее путем диффузии из окружающей среды Необходимая для фотосинтеза углекислота диффундирует растение через мелкие отверстия на поверхности листьев устьица Поскольку углекислота расходуется процессе фотосинтеза, ее концентрация клетке обычно несколько ниже, чем атмосфере Освобождающийся процессе фотосинтеза кислород диффундирует наружу из клетки, а затем и из растения через устьица Образующиеся при фотосинтезе сахара также диффундируют те части растения, где их концентрация ниже. После чего молекула пигмента, потерявшая электрон, может служить акцептором электрона способна принять электрон и переходить восстановленную форму. Если такая молекула просто получит назад тот же электрон, то произойдет выделение световой энергии виде тепла и флуоресценции этим обусловлена флуоресценция чистого хлорофилла Однако, большинстве случаев, освободившийся отрицательно заряженный электрон акцептируется специальными железосерными белками FеSцентр, а затем. Оба процесса катализируются одной и той же цепью переносчиков электронов Однако при циклическом фотофосфорилировании электроны возвращаются от хлорофилла а снова к хлорофиллу а тогда как при нециклическом фотофосфорилировании электроны переходят от хлорофилла b к хлорофиллу. На практике среднем за год эффективность фотосинтетического преобразования энергии зонах с умеренным климатом составляет обычно 0, 51, 3, а для субтропических культур 0, 52, 5 Выход продукта, который можно ожидать при определенном уровне интенсивности солнечного света и разной эффективности фотосинтеза, легко оценить из графиков, приведенных на рис.

Данный проект еще очень молод доменное имя я зарегистрировал конце октября 2015 года и к тому же у меня не так много времени на его развитие Поэтому он развивается не очень быстро В настоящее время здесь представлены конспекты не по всем предметам я регулярно добавляю новые материалы на сайт и скором времени вы увидите не только гораздо больше конспектов и рефератов, но также и другие интересные материалы Я буду улучшать и развивать этот проект Если у вас есть какието предложения как можно улучшить данный сайт, напишите мне, оставив сообщение контактную форму. Также я хотел бы вас попросить рассказать об этом сайте своим однокурсникам, друзьям и знакомым, которые являются студентами биологических специальностей Это поможет развитию данного проекта. Дубнищева Т Я Концепции современного естествознания Учеб пособие для студ вузов Татьяна Яковлевна Дубнищева 5е изд перераб и доп М Издательский центр Академия, 2003. К началу XIX было выяснено, что растения могут выделять кислород только на свету, отсюда и название. Р Вильштеттер разработал методы извлечения растительных экстрактов без повреждения молекул и детально исследовал хлорофилл, обратив внимание на аналогию с гемоглобином крови Его работы по изучению структуры хлорофилла продолжил химикорганик X Фишер.

Знаменитые опыты с хлореллой 1946 провел американский биохимик М Калвин Он помещал зеленые водоросли специальный сосуд и освещал их, одновременно пропуская СO 2 через воду. Водоросли, составляющие огромную группу растений, являются фотосинтезирующими организмами, выделяющими кислород Они эволюционировали водной среде и освоили ее Считают, что из синезеленых водорослей произошли все хлоропласты растений На долю океана приходится 50 мировой первичной продукции виде фиксированного углерода, и ее образуют водоросли, хотя фотосинтез происходит только поверхностных слоях, куда проникает солнечный свет и где лимитирующим фактором является доступность биогенных элементов, особенно азота и фосфора С водорослей начинаются почти все пищевые цепи планктон, рыбы Благодаря фотосинтезу поддерживается уровень кислорода атмосфере, 50 которого поставляют водоросли Найдены ископаемые остатки синезеленых водорослей, живших 3 млрд лет назад, а первые организмы, освоившие сушу, возникли лишь 420 млн лет назад Вероятно, при переходе на сушу главной проблемой было обезвоживание нужно было выработать приспособления для добывания и запасания воды Для фотосинтеза и дыхания нужно, чтобы обмен двуокиси углерода и кислорода происходил не с окружающим раствором, а с атмосферой Проблематично было и размножение растений без воды и питания На суше фотосинтез происходит над поверхностью земли на свету, а минеральные соли и вода находятся земле, поэтому часть растения должна быть темноте под землей, а часть воздухе Кроме того, водная среда обеспечивает постоянство условий внешней среды, а воздух более подвержен изменениям таких параметров, как температура, интенсивность освещения, концентрация ионов среде и кислотность. Хемосинтез процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии химических реакций, протекающих при окислении неорганических веществ Хемотрофы бактерии нитрификаторы, серобактеры, железобактеры и пр качестве источника водорода используют не воду, а Н 2 или H 2 S, поэтому они кислород не выделяют И за счет только процесса хемосинтеза аэробные организмы жить не смогли. На клеточном уровне организации действуют управляющие ее работой механизмы рис. Пока человек не стал широко использовать уголь, большая часть потребляемой им тепловой энергии получалась от сжигания древесины В настоящее время древесина шире используется как строительный материал и источник получения бумаги, чем качестве топлива, хотя интерес к последнему опять возрастает Независимо от того, как используется древесина, необходимо помнить, что содержащиеся ней энергия и сухое вещество накапливаются благодаря процессу фотосинтеза В связи с этим рациональное ведение лесного хозяйства должно быть направлено на повышение количества продуктов фотосинтеза на единицу земной поверхности и эффективности их превращения растительный материал. Которая показывает, что выделяющийся кислород образуется из воды Похожим уравнением описывается и хемосинтез серобактерий. Интенсивность фотосинтеза листьев древесных растений, как правило, ниже интенсивности фотосинтеза травянистых растений.

Свет Свет необходим для образования хлорофилла, хотя сеянцы некоторых хвойных и небольшое число других видов растений образуют хлорофилл темноте Относительно низкая освещенность эффективна для инициации или ускорения образования хлорофилла Выращенные темноте желтые сеянцы содержат протохлорофилл предшественник хлорофилла а, для восстановления которого до хлорофилла а требуется свет Очень яркий свет вызывает разложение хлорофилла Следовательно, хлорофилл всегда одновременно синтезируется и разрушается На ярком свету равновесие устанавливается при более низкой концентрации хлорофилла, чем при свете малой интенсивности Теневые листья обычно имеют более высокую концентрацию хлорофилла, чем световые. Кислород При отсутствии кислорода сеянцы не образуют хлорофилла даже на свету Это указывает на то, что аэробное дыхание необходимо для некоторых процессов образования промежуточных соединений, что для синтеза хлорофилла необходим приток метаболической энергии. Фотосинтез включает две фазы фотохимическую, для которой требуется свет, и химическую, протекающую темноте. Фотохимическая фаза протекает очень быстро за 0, 00001 с Первичная фотохимическая реакция не зависит от температуры, хотя транспорт электронов процесс, зависящий от температуры Темновая фаза происходит более медленно, приблизительно за 0, 04 с при 25 С, замедляясь при низких температурах Интенсивность фотосинтеза ограничивается реакцией, протекающей наиболее медленно В связи с этим на ярком свету, когда ограничивающей является химическая фаза, процесс фотосинтеза чувствителен к температуре, а при слабой освещенности более вероятно, что ограничивающей становится фотохимическая фаза При нормальных условиях освещения концентрация С0 2 чаще бывает ограничивающим фактором, чем температура, за исключением, возможно, вечнозеленых растений зимой Большой интерес представляет поиск методов повышения эффективности фотосинтеза Естественный отбор, действовавший течение тысячелетий, создал согласованность биохимии и биофизики фотосинтеза, которую будет очень трудно улучшить полевых условиях. С0 2 поступает преимущественно через устьица, хотя небольшое количество, повидимому, диффундирует через кутикулу и эпидермальные клетки. По мнению некоторых исследователей, кратковременные измерения фотосинтетической способности не всегда являются надежными для оценки потенциального роста, потому что его детерминируют наряду с интенсивностью фотосинтеза, по меньшей мере, еще три важные физиологические обстоятельства Сюда входят продолжительность роста или характер сезонных изменений фотосинтеза, отношение фотосинтеза к дыханию и распределение продуктов фотосинтеза внутри дерева. Например, на открытом пространстве максимум интенсивности фотосинтеза трех видов покрытосеменных наблюдался полдень и соответствовал максимуму интенсивности общей солнечной радиации Под пологом леса интенсивность фотосинтеза значительно изменялась течение дня При этом наивысшая интенсивность наблюдалась солнечных бликах Дневной ход фотосинтеза голосеменных был очень различным облачные и солнечные дни Без затенения пасмурные или облачные дни типичная картина была такой интенсивность неттофотосинтеза возрастала, достигая максимума около полудня, затем или уменьшалась, или оставалась более или менее постоянной течение 12 и попом понижалась В ясные солнечные дни фотосинтез обычно быстро возрастал, достигал максимума между 9 и 12 утра, затем, до поздних послеполуденных часов, понижался Позднее он вновь усиливался и достигал второго максимума, но значительно более низкого. Необходимо различать сезонные изменения фотосинтетической способности деревьев, вызываемые развитием листьев и состоянием метаболизма, и наблюдаемую полевых условиях фактическую интенсивность, которую определяют как фото синтетическую способность, так и накладывающиеся друг на друга факторы внешней среды Это разграничение важно связи с тем, что при исследовании сезонных изменений фотосинтеза растения часто периодически переносили из открытого грунта лабораторию и измеряли фотосинтез при стандартных и благоприятных внешних условиях Фактическая интенсивность фотосинтеза полевых условиях гораздо сильнее изменяется разные дни вследствие изменений факторов внешней среды, чем интенсивность, измеренная при стандартных условиях. Общий фотосинтез дерева и характер его сезонных изменений часто заметно варьируют разные годы вследствие различий размерах листовой поверхности и климатических изменений.

Повышение интенсивности фотосинтеза после 9 апреля отчасти могло быть отнесено за счет увеличения ассимилирующей поверхности у обоих видов Однако значительное увеличение с 14 февраля до 9 апреля нельзя объяснить этой причиной, так как к 9 апреля новая листва еще не распустилась Это увеличение должно было происходить результате восстановления фотосинтетической активности уже имевшейся хвои Уменьшение фотосинтеза после максимума, наблюдавшегося середине сезона, было вызвано у обоих видов не потерей хвои, а скорее пониженной фотосинтетической способностью существовавшей хвои. Сезонные изменения интенсивности фотосинтеза на единицу листвы значительно отличались от сезонного хода интенсивности фотосинтеза пересчете на один сеянец У сосны ладанной интенсивность фотосинтеза на единицу длины пучка хвои заметно повышалась с февраля по март, несмотря на то, что этот период новая хвоя не появлялась Максимальная интенсивность на единицу длины пучка была достигнута мае, за 4 месяца до максимума интенсивности на один сеянец Высокая интенсивность сохранялась до сентября, а затем интенсивность фотосинтеза на единицу длины хвои и на один сеянец начала понижаться У хвои сосны веймутовой фотосинтез также заметно повышался с февраля по март, но максимум не был достигнут до июля Высокая интенсивность сохранялась течение сентября, несколько понизилась ноябре и достигла минимума январе. Рис 4 Онтогенез хлоропластов Лейкопласты чаще всего локализованы клетках запасающих тканей Подобно пропластидам они характеризуются слабо развитой ламеллярной структурой Во многих случаях лейкопластах ламеллы сохраняют связь с внутренней оболочкой В строме лейкопластов располагаются крахмальные зерна, осмиофильные глобулы, белковые включения Хромопласты это, повидимому, результат деградации хлоропластов, образовавшиеся за счет частичного разрушения ламеллярной структуры Одновременно происходит образование осмиофильных глобул, содержащих каротиноиды Эти глобулы располагаются сплошным слоем под оболочкой пластид. В клетках растущих листьев пластиды размножаются путем деления В листьях шпината при увеличении листа с 1 см до полного размера количество пластид на клетку возрастает с 50 до 500 штук Процесс деления пластид ускоряется на свету Особенное значение имеют красные и синие участки спектра, которые поглощаются хлорофиллом Деление может происходить или на стадии пропластид у высших растений, или на стадии уже сформировавшихся хлоропластов у водорослей и папоротников Пластиды делятся или путем возникновения поперечных перегородок, или, реже, путем почкования Поперечные перегородки образуются за счет образования складок на внутренней мембране До тех пор, пока складка внутренней мембраны не поделила тело пластид, наружная мембрана сохраняется и объединяет обе дочерние пластиды Дальнейшее поведение наружной мембраны неясно Она либо разрывается, либо образует складки Таким образом, пластиды самоудваивающиеся органеллы. В 1955 Д Арнон показал, что изолированных хлоропластах может быть осуществлен весь процесс фотосинтеза Важно отметить, что хлоропласты имеются не только клетках листа Они встречаются клетках не специализирующихся на фотосинтезе органов стеблях, колосковых чешуйках и остях колосьев, корнеплодах, клубнях картофеля и В ряде случаев зеленые пластиды обнаруживаются тканях, расположенных не наружных, освещенных частях растений, а слоях, удаленных от света тканях центрального цилиндра стебля, средней части луковицы лилейных, а также клетках зародыша семени многих покрытосеменных растений Последнее явление хлорофиллоносность зародыша привлекает внимание систематиков растений Имеются предложения разделить все покрытосеменные растения на две большие группы хлороэмбриофиты и лейкоэмбриофиты, содержащие и не содержащие хлоропласты зародыше М С Яковлев Исследования показали, что структура хлоропластов, расположенных других органах растения, так же как и состав пигментов, сходны с хлоропластами листа Это дает основания считать, что они способны к фотосинтезу В том случае, если они подвергаются освещению, повидимому, них действительно происходит фотосинтез Так, фотосинтез хлоропластов, расположенных остях колоса, может составлять около 30 от общего фотосинтеза растения Позеленевшие на свету корни способны к фотосинтезу В хлоропластах, находящихся кожуре плода до определенного этапа его развития, также может идти фотосинтез Согласно предположению А Л Курсанова, хлоропласты, расположенные вблизи проводящих путей, выделяя кислород, способствуют повышению интенсивности обмена веществ ситовидных трубок Вместе с тем роль хлоропластов не ограничивается их способностью к фотосинтезу В определенных случаях они могут служить источником питательных веществ Е Р Гюббенет Хлоропласты содержат большое количество витаминов, ферментов и даже фито гормонов частности, гиббереллина и абсцизовой кислоты В условиях, при которых ассимиляция исключена, зеленые пластиды могут играть активную роль процессах обмена веществ Известно, что присутствие листьев, помещенных условия, исключающие фотосинтез закрывание землей, улучшает рост растений Показано благоприятное влияние листьев на процесс сращивания привоя и подвоя Все сказанное еще раз подчеркивает многообразную роль, которую играют зеленые пластиды жизни растительного организма. Учитель предлагает ученикам ответить на вопрос, на который свое время не смог ответить известный ученый выслушиваются варианты ответов учеников. В ходе обсуждения определяем, что листья растений это своеобразные лаборатории, которых на свету образуются органические вещества Этот процесс является едва ли не самым замечательным биологическим явлением, происходящем на нашей планете Благодаря нему существует все живое на Земле Сегодня на уроке нам предстоит раскрыть механизмы этого биологического процесса Как вы догадались, речь пойдет о фотосинтезе.

Учитель Ребята, а что вы знаете об этом процессе выслушиваются варианты ответов учеников. Для опыта используются растения примула, герань или традесканция Одно растение обильно поливают и для оттока крахмала помещают темное место на двое суток Другое растение оставляют на свету Затем первое растение извлекают из шкафа, и на его листья прикрепляют фигурки, вырезанные из плотной черной бумаги Оба растения выдерживают на свету течении трех, четырех дней, осуществляя полив Затем с каждого растения срезают по листу, выдерживают их две, три минуты кипящей воде и помещают стакан с горячим спиртом для получения вытяжки хлорофилла Обесцвеченные листья обрабатывают раствором йода На листе растения, которое побывало шкафу, проявится конфигурация фигурки, которая была прикреплена к нему Лист, который был всегда на свету, равномерно окрасится синий цвет. Учитель задает вопрос классу Какое вещество при обработке раствором йода окрасится синий цвет. При обсуждении результатов опыта учащиеся приходят к выводу, что листьях на свету образуется крахмал, а темноте крахмал не образуется. Растения ежегодно образуют более 100 млрд тонн органических веществ, выделяют атмосферу около 145 млрд тонн кислорода 80 кислорода выделяется морскими водорослями и только 20 наземными растениями Поэтому мировой океан иногда называют легкими планеты Затраты кислорода на дыхание человека, животных, и растений компенсируются фотосинтезом Содержание кислорода атмосфере поддерживается пределах. Интенсивность и эффективность перечисленных процессов, проходящих растении, впрямую зависит как от внешних экзогенных факторов, так и от внутренних эндогенных и поддаются регулировке Поэтому для того, чтобы говорить о том, как с помощью освещенности, температуры, влажности и режимов питания и полива влиять на скорость роста и развития растений, следует подробней остановиться на сущности основных физиологических процессов растения. Фотосинтез протекает любых зеленых частях растения стеблях, плодах и даже корнях у эпифитных растений, но основном листьях Этому способствует анатомическое строение листа и его большая поверхность на единицу массы Густая сеть жилок обеспечивает не только поступление воды, но и быстрый отток углеводов, которые листьях образуются процессе фотосинтеза. Под дыханием растений понимается процесс газообмена поглощения кислорода воздуха 0 2 и выделения углекислого газа Такое дыхание на уровне целого растения, называют внешним дыханием. Для протекания дыхания необходим кислород Увеличение содержания кислорода до 5 8 сопровождается повы шением интенсивности дыхания Дальнейшее возрастание концентрации 0 2 обычно уже не сказывается на интенсивности дыхания Большое значение снабжении кислородом отдельных органов и тканей имеет система межклетников, способствующая циркуляции воздуха Воздух, прони кая через устьица листа, достигает по межклетному пространству других орга нов, что и позволяет им осуществлять аэробное дыхание Необходимо помнить так же, что растения, хойи частности, нуждаются еще и доступе кислорода непосредственно к корням, поэтому почва, которой они растут, должна быть хорошо аэрируемой, рыхлой. Интенсивность дыхания сильно зависит от снабжения рас тения элементами минерального питания Такие элементы, как фосфор, сера, железо, медь, марганец, принимают непосредственное участие процессе дыха ния, входя промежуточные продукты фосфор или являясь составной частью дыхательных ферментов.

В растении вода находится как свободном, так и связанном состоянии, с физиологической точки зрения значение свободной и связанной воды различно Большинство физиологов считает, что основные физиологические процессы, том числе и темпы роста, первую очередь зависит от количества растении свободной воды А вот устойчивость растения к неблагоприятным условиям впрямую зависит от содержания нем связанной воды. Транспирация зависит и от внутренних факторов, прежде всего от содержания воды листьях Всякое уменьшение содержания воды уменьшает интенсивность транспирации Транспирация изменяется зависимости от величины листовой поверхности, а также при изменении соотношения корни побеги Чем больше развита листовая поверхность и больше побеги, тем значительнее общая потеря воды. Транспирация изменяется течение суток ночью она резко сокращается Это связано как с изменением внешних факторов повышается влажность воздуха, снижается температура, отсутствует свет, так и с внутренними особенностями закрываются устьица Измерения показывают, что ночная транспирация составляет всего 3 5 от дневной Днем транспирации обычно изменяется зависимости от метеорологических условий освещенности, температуры, влажности воздуха Наиболее интенсивно транспирация происходит 12. Характерной чертой ростовых процессов растений является то, что они локализуются определенных точках меристемах Апикальные верхушечные меристемы располагаются верхушках стебля или корня, интеркалярные вставочные меристемы обеспечивают рост междоузлий Рост стебля толщину камбий, феллоген обеспечивают латеральные меристемы. В литературе сообщается, что из лесных пород к ночному росту склонна сосна А на Крайнем Севере июне, условиях, когда световой день продолжается практически все сутки, растения демонстрируют невиданные темпы роста. И, тем не менее, для основной массы растений принято считать, что с 6 часов вечера до 6 часов утра приблизительно скорость роста растений постепенно повышается Затем от утра к вечеру замечается постепенное замедление роста. Предлагаемое пособие представляет собой достаточно подробное и полное изложение одной из наиболее сложных тем курса общей биологии обмена веществ на клеточном уровне Пособие написано соответствии с программой углубленного курса общей биологии и программой для поступающих вузы Оно адресовано учащимся 10 11 классов, изучающим общую биологию, абитуриентам, поступающим на факультеты биологического и медицинского профиля, а также школьным учителям биологии. После каждой темы даны вопросы для самопроверки и задания различного уровня сложности Любой ученик, ознакомившись с приведенным пособии теоретическим материалом и ответив на предлагаемые вопросы, может считать, что он вполне освоил данную тему. При гетеротрофной ассимиляции организм поглощает органические вещества готовом виде и преобразует их собственные органические вещества за счет энергии, содержащейся поглощенных веществах Гетеротрофная ассимиляция включает процессы потребления пищи, переваривания ее, усвоения и синтеза новых органических веществ Этот процесс называется вторичным синтезом органических веществ.

Другой формой диссимиляции является анаэробное окисление Процессы энергетического обмена этом случае протекают по типу брожения Брожение это форма диссимиляции, при которой богатые энергией органические вещества расщепляются до менее богатых энергией органических веществ В этом случае также происходит высвобождение энергии, но значительно меньше. Гетеротрофы усваивают только готовые органические вещества, получая энергию при их расщеплении Автотрофные и гетеротрофные организмы связаны между собой процессами обмена веществ и энергией Фотосинтез является практически единственным процессом, обеспечивающим организмы питательными веществами и кислородом. Большой интерес ученых к хлорелле связан и с космическими полетами Хлорелла искусственных условиях может обеспечить кислородом, выделяемым при фотосинтезе, космический корабль. Рис 4 Биологический круговорот веществ Связь организмов и процессов обмена веществ. Сравним скорость действия неорганических катализаторов и ферментов Для гидролиза белка до аминокислот лабораторных условиях необходимо течение 10 15 кипятить белок с 20 ным раствором соляной кислоты Если же к белку при комнатной температуре добавить несколько капель фермента трипсина или химотрипсина, то гидролиз закончится за 60 80 мин Сопоставим условия этих двух реакций Фермент действует мягких условиях, а его скорость во много раз превышает скорость неорганических катализаторов. Рис 5 Строение фермента 1 субстратный центр 2 активный центр 3 регуляторный центр. Ингибиторы, наоборот, замедляют или совсем прекращают работу ферментов Ингибирование может быть двух типов конкурентное и неконкурентное рис 7 При конкурентном ингибировании низкомолекулярное вещество, сходное по строению с субстратом, связывается с активным или субстратным центром фермента Однако ингибитор расщепляться ферментом не может, он лишь блокирует доступ настоящего субстрата, являясь его конкурентом Неконкурентный ингибитор не похож на субстрат и не может занять его место активном центре Но он легко присоединяется к регуляторному центру фермента, изменяет его конфигурацию таким образом, что доступ субстрата активный центр становится невозможным. На ингибировании основано действие многих ядов и лекарственных препаратов Некоторые ферменты полностью теряют активность присутствии ионов тяжелых металлов ртути, мышьяка, свинца Они образуют комплексы с сульфидными группировками и вызывают необратимую денатурацию фермента. Как изменяется скорость реакции зависимости от температуры Какая температура является оптимальной и почему. Некоторые ферменты активны только присутствии витаминов Почему В каком центре фермента работают витамины.

Энергетически бедные вещества вода и углекислый газ при фотосинтезе превращаются энергетически богатые органические вещества, при этом солнечная энергия аккумулируется их химических связях В результате этого процесса для живых организмов становятся доступными энергия и углерод, который входит состав всех органических веществ Кроме того, процессе фотосинтеза атмосферу выделяется кислород, необходимый для дыхания почти всех живых организмов. Многие ученые, пытаясь разгадать тайну зеленого листа, внесли большой вклад изучение физиологии растений Во второй половине XIX удалось получить из растений спиртовую вытяжку зеленого цвета с сильной кровавокрасной флюоресценцией Это вещество назвали хлорофиллом. Важный вклад изучение процесса фотосинтеза внес русский ученый К А Тимирязев Он исследовал влияние различных участков спектра солнечного света на процесс фотосинтеза Ему удалось установить, что именно красных лучах процесс фотосинтеза идет наиболее эффективно, и доказать, что интенсивность фотосинтеза соответствует поглощению света хлорофиллом. К А Тимирязев сделал вывод, что, усваивая углерод, растение усваивает и солнечный свет, переводя его энергию энергию органических веществ В своей работе Солнце, жизнь и хлорофилл он подробно описал и научно обосновал свои опыты Методы и приемы лабораторных исследований К А Тимирязева позже использовались другими учеными для последующих работ по изучению фотосинтеза. Наиболее примитивными фотосинтезирующими организмами являются цианобактерии Повидимому, именно они были первыми организмами, которые могли превращать неорганический углерод атмосферы Земли органические соединения, используя воду и энергию солнца Кроме того, результате этого процесса атмосферу поступал кислород, что обеспечило появление аэробных форм жизни. В настоящее время основными фотосинтезирующими организмами являются растения, у которых этот процесс протекает специализированных органоидах хлоропластах Основываясь на данных биохимического анализа, полагают, что хлоропласты это потомки древних цианобактерий, которые попали эукариотические клетки и перешли к симбиозу с ними. Хлорофилл b синезеленого цвета, более интенсивно поглощает энергию фиолетовом спектре, но значительно меньше красном спектре Он также встречается у высших растений и зеленых водорослей У бурых и некоторых одноклеточных водорослей встречается хлорофилл с, имеющий зеленую окраску У красных водорослей имеется еще одна разновидность хлорофилла d также зеленого цвета У синезеленых бактерий цианей имеется иная разновидность фотосинтетического пигмента бледносинего цвета. Эти вопросы долгое время оставались нерешенными В 40х гг XX используя метод меченых атомов, удалось установить, что кислород образуется не из углекислого газа, как предполагалось долгое время, а из воды. Часть молекул триоз может использоваться для синтеза аминокислот, глицерина, высших жирных кислот. Все реакции фотосинтеза катализируются ферментами, для которых оптимальной температурой является интервал 25 30 C При низких температурах скорость действия ферментов резко снижается.

Фотосинтез не единственный способ автотрофного питания Существует еще один способ синтеза органических веществ из неорганических, для которого не нужна световая энергия На Земле существуют организмы, которые извлекают энергию путем окисления различных неорганических веществ и используют ее для восстановления углекислого газа органические вещества Процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии окисления неорганических веществ называется хемосинтезом Он относится к хемоавтотрофному питанию. В зависимости от того, окисление какого вещества сопровождается выделением энергии, различают азотфиксирующие бактерии, нитрифицирующие бактерии, железо, серобактерии и Так как это прокариотные организмы, то их клетках отсутствуют специализированные органеллы, которых могут происходить окислительновосстановительные реакции Процессы хемосинтеза у них протекают на выростах плазматической мембраны мезосомах Источником водорода этих реакциях является не только вода, но и неорганические соединения сероводород H 2 S, водород. Большое количество серобактерий обитает Черном море, воды которого насыщены сероводородом. У млекопитающих и человека белки расщепляются до аминокислот желудке и двенадцатиперстной кишке под действием ферментов пептидгидролаз пепсина, трипсина, хемотрипсина Расщепление полисахаридов начинается ротовой полости под действием фермента птиалина, а далее продолжается двенадцатиперстной кишке под действием амилазы Там же расщепляются и жиры под действием липазы Вся энергия, выделяющаяся при этом, рассеивается виде тепла. Рис 23 Полисома 1 иPHК 2 малая субъединица рибосомы 3 большая субъединица рибосомы 4 синтезируемая полипептидная цепь. Фотохимическая фаза протекает очень быстро за 0, 00001 с Первичная фотохимическая реакция не зависит от температуры, хотя транспорт электронов процесс, зависящий от температуры Темновая фаза происходит более медленно, приблизительно за 0, 04 с при 25 С, замедляясь при низких температурах Интенсивность фотосинтеза ограничивается реакцией, протекающей наиболее медленно В связи с этим на ярком свету, когда ограничивающей является химическая фаза, процесс фотосинтеза чувствителен к температуре, а при слабой освещенности более вероятно, что ограничивающей становится фотохимическая фаза При нормальных условиях освещения концентрация С02 чаще бывает ограничивающим фактором, чем температура, за исключением, возможно, вечнозеленых растений зимой Большой интерес представляет поиск методов повышения эффективности фотосинтеза Естественный отбор, действовавший течение тысячелетий, создал согласованность биохимии и биофизики фотосинтеза, которую будет очень трудно улучшить полевых условиях.

С02 поступает преимущественно через устьица, хотя небольшое количество, повидимому, диффундирует через кутикулу и эпидермальные клетки. В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы Проверить эту точку зрения взялся начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт Он взвесил землю горшке и посадил туда побег ивы В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил землю и взвесил её и растение Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов Вывод учёного был таков растения получают питательные вещества прежде всего не из почвы, а из воды. Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи области фотосинтеза были получены России Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса. Через пять лет масса игл увеличилась на 74, 4 кг, то время, как масса почвы уменьшилась только на. Позднее голландский врач Ян Ингенхауз 17301799 подтвердил работу Пристли и показал, что воздух исправляется только на солнечном свету и только зелеными частями растения В 1796 году Ингенхауз предположил, что углекислота разлагается при фотосинтезе на С и O 2 а O 2 выделяется виде газа В последствие было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода сахарах и крахмале таково, что один атом углерода приходится на одну молекулу воды, на что и указывает слово углеводы Считалось общепринятым, что углеводы образуются из С и Н 2 О, а O 2 выделяется из углекислоты Это вполне разумная гипотеза была широко признана, но, как позднее выяснилось, она была совершенно неверной. Лист осуществляет три важных процесса фотосинтез, испарение воды и газообмен В процессе фотосинтеза листьях из воды и двуокиси углерода под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества Днем, результате фотосинтеза и дыхания, растение выделяет кислород и двуокись углерода, а ночью только двуокись углерода, образующуюся при дыхании.

В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые Некоторые ученые приписываю каротину и ксантофиллу роль экранов, защищающих хлорофилл от разрушительного действия синих лучей. Растения испаряют или транспирируют очень большое количество воды Испарение воды является одной из причин восходящего тока Вследствие испарения воды растением нем накапливаются минеральные вещества, и происходит полезное для растения понижение температуры во время солнечного нагрева Иногда транспирация снижает температуру растения на. Таким образом, было показано, что обе стадии светозависимы световая и темновая Важно помнить, что темновые реакции нормально проходят на свету и нуждаются продуктах световой стадии Выражение темновые реакции просто означает, что свет как таковой них не участвует. Объем темновых реакций возрастает с увеличением температуры, но только до 30о, а затем начинает падать На основании этого факта предположили, что темновые реакции катализируются ферментами, поскольку обмен ферментативных реакций, таким образом, зависит от температуры В последствие оказалось, что данный вывод был сделан неправильно. Размер листовой поверхности посеве выражают величиной, получившей название листового индекса Листовой индекс это отношение суммарной поверхности листьев к площади почвы, занимаемой посевом Если листовой индекс равен 3, значит, над гектаром посева площадь листьев равна 30 тыс м2 Оптимальная площадь листьев различна для растений с разным расположением листьев Чем более вертикально расположены листья, тем меньше они затеняют нижележащие и тем выше значение оптимальной площади листьев Так, для клевера оптимальное значение листового индекса равно 3 4, а для пшеницы оно доходит.

 

© Copyright 2017-2018 - academy-schools-7.ru