ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. ФОТОСИНТЕЗ

- это процесс преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Или, если сказать проще, - это синтез органических веществ из неорганических при помощи энергии света

Главным органом фотосинтеза является лист, в клетках которого имеются специализированные органоиды, ответственные за фотосинтез — хлоропласты. В хлоропластах находятся фотосинтетические пигменты:

· Хлорофилл а – у всех растений и цианобактерий

· Хлорофилл b – вспомогательный пигмент

· Хлорофилл с – у бурых водорослей вместо хлорофилла b.

Поглощают в основном синие и красные лучи, отражают зеленые — отсюда и зеленая окраска растений. Кроме хлорофиллов в мембранах тилакоидов имеются сопровождающие пигменты фотосинтеза — каротиноиды — желтые, оранжевые или красные. (Поглощают сине-зеленые лучи)

Фотосинтез состоит из двух фаз:

Световая фаза - происходит ТОЛЬКО НА СВЕТУ в мембранах тилакоидов

· Солнечный свет попадает на пигмент хлорофилл (который содержится на тилакоидах хлоропластов) и приводит его в возбужденное состояние. В результате, электроны (отрицательно заряженные частицы хлорофилла) выходят за пределы тилакоидов и там накапливаются

· Место вышедших электронов занимает вода. И под действием света она подвергается фотолизу (разложению).

Образуются 2 протона (положительно заряженные частицы) водорода и свободный кислород, который выделяется в атмосферу. Кислород при фотосинтезе является ПОБОЧНЫМ продуктом. Фотосинтез у организмов происходит не для выделения кислорода, им он совсем не нужен.

· У нас получилось – отрицательные частицы (электроны) находятся вне тилакоидов, а положительные (протоны) – внутри тилакоидов. Внутри +, снаружи -. Это называется разность потенциалов.

Когда разность потенциалов между наружной и внутренней мембранами тилакоида становится максимальной, срабатывает специальный фермент с помощью которого синтезируется 2 молекулы АТФ.

· Далее положительные и отрицательные частицы соединяются и образуют атомарный водород, который присоединяется к переносчику НАДФ. Образуется 2 молекулы НАДФ*Н2.

Таким образом, в световую фазу фотосинтеза произошло:

1) Возбуждение хлорофилла

2) Фотолиз воды

3) Выделение кислорода

4) Образование 2 АТФ

5) Образование 2 НАДФ*Н2

После окончания синтеза всех этих веществ, АТФ и НАДФ*Н2 уходят в строму хлоропластов, где начинается темновая фаза.

Темновая фаза – происходит круглосуточно в строме хлоропластов.

Самый важный процесс – фиксация углекислого в результате которого образуется крахмал.

Как это происходит? (цикл Кальвина)

· В строме хлоропластов всегда находятся пятиуглеродные соединения – пентозы (С5).

· К пентозе присоединяется СО2, в результате образуется нестойкое шестиуглеродное соединение С6, которое распадается на две триозы

С5 + СО2 = С6 = 2С3

· Каждая триоза соединяется с АТФ и с переносчиком НАДФ*Н2

· Потом триозы снова соединяются

2С3 = С6 = С6Н12О6 (глюкоза) = (С6Н10О5)n крахмал + вода

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Значение фотосинтеза:

1) Поглощение углекислого газа – очищение воздуха от парниковых газов

2) Выделение кислорода для дыхания аэробных организмов

3) фотосинтез является основным источником образования органических веществ

4) Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от коротковолновой ультрафиолетовой радиации.

5) Несколько миллионов лет назад организмы вышли на сушу благодаря образованию озонового слоя в процессе фотосинтеза.

Помимо фотосинтеза есть еще один процесс пластического обмена – хемосинтез. Он заключается в синтезе органических соединений из неорганических при помощи энергии окисления химических соединений. К хемотрофами относят в основном бактерии – железобактерии, нитрифицирующие бактерии, водородбактерии итд.

Отличия хемосинтеза от фотосинтеза:

1) Не выделяется кислород

2) Не нужна энергия солнечного света

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

- это совокупность реакций, при которых сложные органические вещества расщепляются до более простых и происходит ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ. Выделившаяся энергия накапливается в АТФ

Конечными продуктами энергетического обмена являются : углекислый газ, вода и АТФ

Энергетический обмен включает 3 этапа:

1) Подготовительный – сложные органические вещества под действием ферментов расщепляются на более простые (мономеры)

· Белки – до аминокислот

· Жиры – до глицерина и жирных кислот

· Углеводы – до глюкозы

· Нуклеиновые кислоты – до нуклеотидов

      Подготовительный этап происходит В ЛИЗОСОМАХ.

      Вся энергия, образовавшаяся здесь, рассеивается в виде тепла. То есть в АТФ        ничего не запасается.

2) Гликолиз (бескислородный, анаэробный) – происходит В ЦИТОПЛАЗМЕ.

В результате образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК).

60% энергии рассеивается в виде тепла, 40% запасается в АТФ

Что же происходит?

С6Н12О6 (глюкоза) = 2С3Н4О3 (ПВК) + 2АТФ + 2Н2О

Дальнейшая судьба ПВК зависит от того, есть в клетке кислород или нет. В каких клетках может не быть кислорода? Например, если это – анаэробная бактерия, или клетка мышцы, которая настолько сильно поработала, что ей не хватает кислорода, клетка дрожжевых грибов.

Так вот, если нам попалась клетка, в которой нет кислорода, у нее 2 пути – молочнокислое или спиртовое брожение

У животных и бактерий происходит молочнокислое брожение, то есть из 2 молекул ПВК образуется 2 молекулы молочной кислоты.

У грибов и растений происходит спиртовое брожение, из ПВК образуется этиловый спирт.

3) Кислородное окисление (дыхание, клеточное дыхание, окислительное фосфорилирование) – происходит В МИТОХОНДРИЯХ.