Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Фотоэффект и квантовый выход фотосинтеза. Эффект Эммерсона и две пигментные системы.Стр 1 из 3Следующая ⇒
Фотоэффект и квантовый выход фотосинтеза. Эффект Эммерсона и две пигментные системы. Явление фотоэффекта (испускание электронов веществом под действием света или другого электромагнитного излучения), открытое Эйнштейном, интенсивнее любой фотохимической реакции, зависит не от количество поглощенных электронов, а от числа поглощенных квантов. Объясняет более высокую интенсивност фотосинтеза в красных лучах по сравнению с синими: красный – 42 ккал/моль, синий – 70 ккал/моль. Квантовый выход фотосинтеза (КВФ) - соотношение между количеством молекул усвоенного углекислого газа или образовавшихся молекул кислорода и числом квантов, поглощенных фотосинтезирующим аппаратом. Квантовый выход фотосинтеза иллюстрирует эффективность использования растением света при фотосинтезе. Максимальное значение К. В. Ф. при 100%-ной конверсии поглощенной энергии составляет 0,34 О2 на 1 квант красного света. Известно также понятие квантового расхода (КР), являющееся величиной, обратной КВФ. Минимальное значение КР для образования одной молекулы О2 составляет 8 квантов. Коэффициент полезного действия трансформации световой энергии в химическую при КР-8 составляет 37%. При неблагоприятных условиях среды КР может увеличиваться в десятки, сотни и более раз. Согласно законам фотохимии, при поглощении кванта света атомом или молекулой какого-либо вещества электрон переходит на другую, более удаленную, орбиталь, т. е. на более высокий энергетический уровень. Наибольшей энергией обладает электрон, отдаленный от ядра атома и находящийся на бесконечно большом расстоянии от него. Вместе с тем, чем ближе к ядру, тем меньше энергия электрона. Каждый электрон переходит на более высокий энергетический уровень под влиянием одного кванта света. В первичных процессах фотосинтеза, связанных с поглощением молекулой хлорофилла кванта света, важную роль играют процессы передачи энергии. Не каждая молекула хлорофилла принимает участие в последующих фотохимических реакциях. Непосредственная связь с реакционным центром осуществляется примерно одной из 200—250 молекул хлорофилла. Такое устройство позволяет значительно полнее использовать энергию света. В 1957 г. Эммерсон рассчитал квантовый выход фотосинтеза. Величина показывает, сколько выделяется молекул кислорода (или поглощается молекул СО2) на 1 квант поглощенного света.
В световой фазе фотосинтеза функционирует 2 фотосистемы. Эффект усиления Эммерсона. 650 нм – коротковолновой красный свет. Ф = 0,01 м.О2/1 кв.; h = 100 кв./1м.О2. Q650+Q690=Ф 0.09 мО2/1кв и h 112.5 кв/1м О2; Q650+Q690=Ф 0,13 мО2/1кв; h 7,7 кв/1м О2. Если освещать одновременно короткими и длинными красными лучами, то показатели Q будут выше, чем сумма действия каждого света в отдельности и выше, чем действие красного. В хлоропластах взаимодействуют 2 системы, благодаря чему резко повышается эффективность использования поглощенного света. Можно попеременно освещать через краткие промежутки времени длинами волн 650-690 нм, что дает такой же эффект. В 2-х фотосистемах существуют промежуточные продукты, относительно долгоживущие, через эти продукты фотосистемы взаимодействует друг с другом, только при этом условии резко повышается квант системы. В состав фотосистем входит: ССК(светособирающий комплекс)+РЦ(реакционный центр), электронтранспортная цепь, АТФ-комплекс. Для фотосистемы-2: S-комплекс – кислородовыделяющий компонент. Состав ССК для 2-х фотосистем разный: для ФС-2 – состав несколько коротковолновой(хлорофиллы В(650) и хлорофиллы А(650,660,670,677,684); РЦ – Р680. Для ФС-1 – более длинноволновой(хлорофиллы В, хлорофилл А(662,668,679,687,695); РЦ – хл.А Р700. Соотношение хл. А и В =1,2-1,4. В ССК входит примерно 50 м. каратиноидов, 400-550 нм. Хлорофиллов на 1 РЦ от 200-400 молекул. В ходе эволюции ФС-1 возникла раньше, у фотосинтезирующих бактерий есть только ФС-1 и у них нет кислородовыделяющего комплекса. Хлоропласты как фотосинтезирующие пластиды – особенности биогенеза, структуры и функций. Концепция фотосинтетической единицы. Весь процесс фотосинтеза протекает в зеленых пластидах - хлоропластах. Именно в хлоропластах сосредоточен зеленый пигмент хлорофилл. Хлоропласты имеют шаровидную или дисковидную форму, и размеры их не превышают 10 мкм. Число их в клетках разных видов водорослей и высших растений варьирует от 1 до 40 на клетку. Хлоропласты окружены наружной мембраной, а внутренняя мембрана образует уложенные стопками плоские пузырьки - тилакоиды. Такие стопки тилакоидов называют гранами. В гранах находятся все фотосинтетические структуры. Ферменты, восстанавливающие углекислый газ до глюкозы, находятся в основном в строме, окружающей тилакоиды. Пространнство между оболочкой и тилакоидами называется стромой. В строме содержатся ДНК, РНК, рибосомы, зерна крахмала, ферменты темновой фазы фотосинтеза, липидные капли и т.д.
В клетках растущих листьев пластиды размножаются путем деления инициальных частиц, из которых вначале развиваются пропластиды, а затем, на свету – хлоропласты, в темноте – лейкопласты. Основная функция хлоропластов, состоит в улавливании и преобразовании световой энергии. В состав мембран, образующих граны, входит зеленый пигмент — хлорофилл. Именно здесь происходят световые реакции фотосинтеза — поглощение хлорофиллом световых лучей и превращение энергии света в энергию возбужденных электронов. Электроны, возбужденные светом, т. е. обладающие избыточной энергией, отдают свою энергию на разложение воды и синтез АТФ. При разложении воды образуются кислород и водород. Кислород выделяется в атмосферу, а водород связывается белком ферредоксином. Ферредоксин затем вновь окисляется, отдавая этот водород веществу-восстановителю, сокращенно обозначаемому НАДФ. НАДФ переходит в восстановленную форму — НАДФ-H2. Таким образом, итогом световых реакций фотосинтеза является образование АТФ, НАДФ-H2 и кислорода, причем потребляются вода и энергия света. Концепция фотосинтетической единицы (ФСЕ) - это элементарная структурная единица, частичка тилакоидной мембраны. Наименьший неделимый участок тилакоидной мембраны, может выполнять от начала и до конца фотохимическую реакцию. Представления о существовании фотосинтетических единиц (ФСЕ) сформировались на основе работ Эмерсона и Арнольда (1932). Ими впервые было показано, что в выделении одной молекулы кислорода в процессе фотосинтеза участвуют от 2000 до 2500 молекул хлорофилла. В экспериментах Эмерсона и Арнольда суспензию зеленой одноклеточной водоросли хлореллы освещали импульсным светом и сопоставляли количество выделившегося кислорода на одну вспышку и количество хлорофилла. Длина импульса составляла 10–5 с, а ее интенсивность была насыщающей. В этих условиях фотосинтетическая единица могла прореагировать только один раз. В этих условиях число фотосинтетических единиц (ФСЕ) равно количеству выделившихся молекул кислорода. Разделив весь участвовавший в выделении кислорода хлорофилл на количество ФСЕ, авторы получили указанный выше размер ФСЕ. Действительный размер одной ФСЕ составляет 200-400 молекул хлорофилла, так как для выделения одной молекулы кислорода требуется не менее 8 квантов. В ФСЕ входят комплексы: 1) светособирающие комплексы (ССК) со своими реакционными комплексами - это 2 спектральных хлорофилла А. 2) фотосинтез 1 и 2; 3) цитохромный комплекс; 4) АТФ комплекс; 5) комплекс фотоокисления воды. Цитохром b559 Цитохром b559 — гетеродимерный белок, состоящий из одной альфа (PsbE) и одной бета (PsbF) субъединицы, между которыми расположен гем. Этот белок является одним из основных компонентов ядра фотосиcтемы II. Обнаружены две формы цитохрома b559: высокопотенциальная (b559H Eо‘ = +0,37 В) и низкопотенциальная (b559L Eо‘ = +0,08 В). Высокопотенциальная форма протонирована, низкопотенциальная — депротонирована.
Цикл Хэтча-Слэка, особенности анатомии и адаптации С4 растений Влияние света на фотосинтез Увеличение интенсивности освещения сказывается на процессе фотосинтеза различно в зависимости от типа растения и напряженности других факторов. Растения приспособились к произрастанию в различных условиях освещенности, по этому признаку разделил растения на группы: светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Эти экологические группы характеризуются рядом анатомофизиологнческих особенностей. Они различаются по содержанию и составу пигментов. Для фотосинтеза, как и для всякого процесса, включающего фотохимические реакции, характерно наличие нижнего порога освещенности, при котором он только начинается (около одной свечи па расстоянии 1 м). В целом зависимость фотосинтеза от интенсивности освещения может быть выражена логарифмической кривой. Первоначально увеличение интенсивности освещения приводит к пропорциональному усилению фотосинтеза (зона максимального эффекта). При дальнейшем увеличении интенсивности света фотосинтез продолжает возрастать, по медленнее (зона ослабленного эффекта) и, наконец, интенсивность света растет, а фотосинтез не изменяется (зона отсутствия эффекта — плато). Наклон кривых, выражающих зависимость интенсивности фотосинтеза от освещенности, различен для разных растений. Есть растения, у которых фотосинтез возрастает вплоть до освещения их прямыми солнечными лучами. Вместе с тем для многих растений увеличение интенсивности освещения свыше 50% от прямого солнечного света оказывается уже нелишним. Это связано с тем, что конечный выход продуктов фотосинтеза зависит от скорости не столько световых, сколько темповых реакций. Между тем интенсивность освещения влияет на скорость лишь световых реакций. Для того чтобы интенсивность света оказывала влияние после достижения определенного уровня, необходимо увеличить скорость темновых реакций. С повышением температуры или с увеличением содержания углекислоты оптимальная освещенность меняется в сторону увеличения. Азотфиксация Азотфиксация — процесс химического превращения атмосферного газообразного азота в нитраты или аммиак, которые могут использоваться растениями для синтеза аминокислот и других азотсодержащих органических молекул. Это энергозатратный процесс, энергия берется из электрических зарядов и на свету.
Азотфиксация бывает: - химической(при высоком давлении и температуре) N2 +3Н2=2NН3 N≡N →NН≡NН→NН2≡NН2→NН3≡NН3 (диамид) (гидразин) - промышленная -биологической: а)симбиотическая(бактерии проникают внутрь клетки вследствии чего происходит симбиоз). Осуществляется клубеньковыми бактреиями, азотфиксаторы бобовых. Корневые системы бобовых растений обладают специфическими корневыми выделениями. Благодаря этому клубеньковые бактерии скапливаются вокруг корневых волосков, которые при этом скручиваются. Бактерии проникают в корневой волосок в виде сплошного тяжа, состоящего из соединенных слизью бесчисленных бактерий, проникают в паренхиму корня. Клетки перицикла начинают усиленно делиться, образуются вздутия — клубеньки. Клетки клубеньков заполняются быстро размножающимися бактериями, но остаются живыми и сохраняют крупные ядра. Бактерии при этом трансформируются сами, увеличиваются в размерах, поэтому их называют бактероиды. Благодаря деятельности клубеньковых бактерий часть азотистых соединений из корней бобовых растений диффундирует в почву, обогащая ее азотом. б)не симбиотическая,осуществляется свободноживущими бактреиями(Clostridium, Azotobacter, цианобактреии).Они автотрофы. в)ассоциативная: характерна для ризосферных микроорганизмов, то есть живущих на поверхности корневой системы растений. ассоциативные азотфиксаторы продуцируют гормоны роста растений, положительно влияют на рост и развитие растений (защита от фитопатогенов, разрушение токсических веществ) Конечным продуктом фиксации азота является аммиак. В процессе восстановления азота до аммиака участвует мультиферментный комплекс — нитрогеназа. Нитрогеназа состоит из двух компонентов: MoFe-белок и Fe-белок. Источником протонов и электронов для восстановления азота служит дыхательная электрон-транспортная цепь. Для восстановления N2 до NH3 требуется шесть электронов, согласно уравнению: N2 + 6е + 2Н+ -> 2NH3 Процесс требует АТФ как источника энергии: по расчетам для восстановления одной молекулы N2 требуется не менее 12 молекул АТФ. Особенность нитрогеназы заключается и в том, что для работы фермента требуются анаэробные условия. Вместе с тем в клетках высшего растения кислород необходим для поддержания дыхания. У многих азотфиксаторов имеются специальные механизмы защиты нитрогеназы – белок леггебоглобин. Роль леггемоглобина заключается в связывании 02 в организме бактерий, таким образом, что остается доступным для аеробного дыхания и не может воздействовать на фермент. Для образования леггемоглобина необходимы Fe, Сu и Со. Для нормального протекания процесса азотофиксации необходимы Мо и Fe, поскольку они входят в состав фермента нитрогеназы. Молибден выполняет структурную функцию, поддерживая конформацию нитрогеназы, каталитическую, участвуя в связывании азота и переносе электронов, а также индуцирует синтез нитрогеназы. Кобальт необходим в связи с тем, что он входит в состав витамина В12, который вовлекается в процесс биосинтеза леггемоглобина. Образовавшийся аммиак здесь же в клетках корня реагирует с а-кетоглутаровой кислотой с образованием глутаминовой кислоты, которая и вовлекается в дальнейший обмен. В надземные органы растения-хозяина азотистые вещества передвигаются главным образом в виде амидов.
37. Редукция нитратов в растениях 39. Поглощение и ассимиляция серы растениями. Физиологическая роль серы 40. Фосфор как элемент минерального питания растений. Физиологическая роль фосфора.
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; просмотров: 1466; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.117.152.251 (0.018 с.) |