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 нищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, но существу, к перестройке молекул:

Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза, происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. 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 важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во виячивания цитоплазматической мембраны.

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

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темповой.

1. Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны (рис. 4.3). К пей относятся: 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, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.

Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть 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 результате 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 ноля 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 называется фотофосфорилированием.

Фотосинтез

Рис. 4.3. Фотосинтез

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

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФДЬ. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФН2 участвуют в процессах темповой фазы.

2. Темповая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта, как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований С()2, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темповой фазы за счет энергии АТФ. В цикле Кальвина СО> связывается с водородом из НАДФФЬ 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 представлена в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Признак

Фотосинтез

Дыхание

Уравнение

реакции

6С02 + 6Н20 + энергия света —> C(;Hj2Or, + 6О9

С()Н|20(; + 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 макроэрги- чсских связей АТФ

Окончание

Признак

Фотосинтез

Дыхание

Важнейшие

Световая и тсмновая фаза

Неполное окисление (гли-

этапы

(включая цикл Кальвина)

колиз) и полное окисление (включая цикл Кребса)

Место протекания процесса

Хлоропласты

Гиалоплазма (неполное окисление) и митохондрии (полное окисление)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >