Пластический обмен

Пластический обмен (или ассимиляция) представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:

Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза образуются простые органические соединения, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света (hv). Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важный из них — пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.

Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов граны содержатся фотосинтети- ческие пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.

Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны (рис. 4.3). В этой фазе происходит поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.

Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбужденное состояние:

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, т.е. обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.

Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, т.е. ее разложение под действием света

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их: молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние.

Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результа-

Фотосинтез те внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно

Рис. 4.3. Фотосинтез те внутренняя поверхность мембраны тилакоида 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. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ:

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называются фотофосфорилированием.

Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ, образование атомов водорода в форме НАДФ • Н2. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ • Н2 участвуют в процессах темновой фазы.

Темповая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований С02, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счет энергии АТФ. В цикле Кальвина С02 связывается с водородом из НАДФ • Н2 с образованием глюкозы.

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот приведена в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Признак

Фотосинтез

Дыхание

Уравнение реакции

6С02 + 6Н20 + Энергия света —> СбН1206 + 602

СбН^Об + 602 —> 6С02 + + 6Н20 + Энергия (АТФ)

Исходные вещества

Углекислый газ, вода

Органические вещества, кислород

Продукты реакции

Органические вещества, кислород

Углекислый газ, вода

Значение в круговороте веществ

Синтез органических веществ из неорганических

Разложение органических веществ до неорганических

Превращение

энергии

Превращение энергии света в энергию химических связей органических веществ

Превращение энергии химических связей органических веществ в энергию ма- кроэргических связей АТФ

Важнейшие

этапы

Световая и темновая фаза (включая цикл Кальвина)

Неполное окисление (гликолиз) и полное окисление (включая цикл Кребса)

Место протекания процесса

Хлоропласты

Гиалоплазма(неполное окисление) и митохондрии (полное окисление)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >