Пластический обмен

Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке. По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки самостоятельно синтезируют необходимые для организма органические соединения из С02, NH3 и Н20 с использованием энергии света (фотосинтез) или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений (хемосинтез). К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки нуждаются в поступлении готовых органических соединений: углеводов, белков, жиров. Они не способны их синтезировать самостоятельно. Гетеротрофы это животные, большая часть бактерий, грибы, сапрофиты и паразиты среди некоторых высших растений, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл.

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических веществ из неорганических, идущий за счет энергии солнечного излучения. Первичными продуктами фотосинтеза являются растворимые сахара, которые через ряд ферментативных реакций превращаются в запасные вещества в виде крахмала и других полисахаридов или же расходуются клеткой. В процессе фотосинтеза энергия и углерод переводятся в формы, доступные всем организмам. Происходит частичное восстановление углерода и образование углеводов со значительным запасом энергии в химических связях.

свет, хлорофилл

Процесс фотосинтеза состоит из световой и темновой фаз.

Для световой фазы необходим свет, происходит она в мембранах тилакоидов с участием встроенных в нее хлорофилла, белков- переносчиков и АТФ-синтетазы. Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты, обладающие уникальным свойством — улавливать свет и превращать его энергию в химическую энергию. Кванты света поглощаются электронами в составе молекулы хлорофилла. Эти электроны с большим запасом энергии могут покидать хлорофилл, захватываться переносчиками и передаваться на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются. Внутри полостей тилакоидов солнечный свет приводит к фотолизу воды — разложению воды на ион водорода Н+ и ион гидроксила ОН-. Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е- хлорофиллу, а возникающие радикалы ОН образуют воду и кислород (40Н —>• 2Н20 + 02). Образующийся таким образом кислород выделяется зелеными растениями, что в течение многих сотен миллионов лет привело к созданию кислородной атмосферы Земли.

Протоны, образовавшиеся при фотолизе воды, не могут проникнуть через мембрану граны и накапливаются внутри нее, создавая и пополняя Н+-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны граны заряжается положительно (за счет Н+), а наружная — отрицательно (за счет е_). По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. На выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии, которая используется для синтеза из АДФ молекул АТФ. Ионы водорода Н+, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, соединяются там с электронами, образуя атомарный

Фотосинтез водород, который идет на восстановление НАДО. АТФ и НАДО • Н транспортируются в матрикс пластид и участвуют в процессах темно- вой фазы (рис. 4.5)

Рис. 4.5. Фотосинтез водород, который идет на восстановление НАДО. АТФ и НАДО • Н транспортируются в матрикс пластид и участвуют в процессах темно- вой фазы (рис. 4.5).

Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований С02, поступающего из воздуха. В результате из углекислого газа и воды при участии АТФ и НАДФ-Н образуются органические молекулы моносахаридов, которые превращаются в крахмал и запасаются растениями. В процессе фотосинтеза кроме глюкозы синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Благодаря процессу фотосинтеза хлорофиллсодержащие клетки обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Хемосинтез

Хемосинтез — процесс синтеза органических соединений из неорганических с использованием энергии окисления неорганических веществ, например водорода, серы, железа, сероводорода, аммиака, нитритов. Осуществляют хемосинтез различные виды бактерий. Железобактерии окисляют Fe+2 до Fe+3, бесцветные серобактерии — элементарную серу до серной кислоты, нитрифицирующие — аммиак, сначала до азотистой, затем до азотной кислоты. Энергия, образующаяся при окислении, запасается бактериями в форме АТФ и в дальнейшем используется для синтеза органических соединений с участием С02 сходно с реакциями темновой фазы фотосинтеза. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в накоплении в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы, способствуют очистке загрязнений среды.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >