ГДЗ ДПА 9 класс. Биология [Барна И.] 2020

Фотосинтез
Фотосинтез является окислительно-восстановительным процессом, в котором вода служит восстановителем, а углекислый газ - окислителем. В процессе фотосинтеза хлорофилл играет роль фотосенсибилизатора (вещества, поглощающего свет), с помощью энергии которого осуществляются химические превращения других веществ.
В хлоропластах хлорофилл и другие пигменты погружены в тилакоиды, собранные в функциональные единицы, так называемые фотосистемы. Каждая фотосистема содержит около 250-400 молекул пигментов. Все пигменты фотосистемы могут поглощать фотоны, но только одна молекула хлорофилла данной фотосистемы может использовать поглощенную энергию в фотохимических реакциях.
Эту молекулу хлорофилла называют реакционным центром фотосистемы, а другие молекулы пигментов - антенной, поскольку они, как антенны, собирают свет.
Световая энергия, поглощенная молекулой пигмента, переносится на другие молекулы, пока не достигнет реакционного центра, где локализована специальная молекула хлорофилла а. Когда эта молекула поглощает принесенную энергию, электроны поднимаются на более высокий энергетический уровень и переносятся на молекулу акцептора, обусловливая поток электронов. Таким образом молекула хлорофилла окисляется и становится положительно заряженной. Есть доказательства существования двух типов фотосистем. В фотосистеме И реакционный центр образован специфической молекулой хлорофилла а и обозначается как Р700 (Р - означает «пигмент», 700 - оптимум поглощения, нм).
Реакционный центр фотосистемы II также образован специфической молекулой хлорофилла а и обозначается Р680. Обе фотосистемы работают синхронно и непрерывно. Но фотосистема И может также функционировать отдельно.
Расщепление молекул воды под действием света называют фотолиз. Ферменты, которые осуществляют фотолиз воды, локализованные на внутренней стороне мембраны тилакоидов. Таким образом, при фотолиза воды образуется градиент протонов через мембрану. Электроны «спускаются» по электронно-транспортном цепи в фотосистемы И. Компоненты этой цепи световых реакций напоминают компоненты электронно-транспортной цепи дыхания: в его состав входят цитохромы, белки (содержат Железо и серу), хиноны, а также хлорофилл и белок пласто116
цианин, содержащий медь. Электронно-транспортной цепи между фотосистемы построен так, что АТФ может образовываться из АДФ и фосфорной кислоты, причем этот процесс аналогичен окислительного фосфорилирования, который происходит в митохондриях. Этот процесс в хлоропластах называют фотофосфорилирование. В фотосистеме И энергия света передает электроны от Р700 на электронный акцептор Р430, который, вероятно, является белком, содержащим Железо и серу. Следующий электронный переносчик (ферредоксин) отличается от Р430. Ферредоксин передает свои электроны на кофермент НАДФ, который восстанавливается до НАДФН2, в результате чего окисляется молекула Р700. Электроны молекулы Р70о замещаются электронами фотосистемы II. Таким образом, на свете электроны перемещаются от молекул воды к фотосистем II и I и НАДФ. Этот направленный поток электронов от молекул воды к НАДФ называют нецикличные потоком электронов, а процесс образования АТФ, который при этом происходит, - нецикличные фотофосфорилирование. Изменение свободной энергии для реакции Н2О + НАДФ = НАДФН2 + 1/202 составляет 51 ккал / моль.
Энергия, эквивалентная 1 моль фотонов света с длиной волны 700 нм, равна 40 ккал / Е. Необходимо 4 фотоны для переноса двух электронов на уровень НАДФН2, то есть 160 ккал. Примерно треть энергии запасается в форме НАДФН2. Общий энергетический выход нециклического потока электронов (12 пар электронов переносится от Н2 к НАДФ) составляет 12 АТФ и 12НАДФН2. Как уже говорилось, фотосистема И может работать независимо от фотосистемы II. В этом процессе, который называется циклическим потоком электронов, электроны передаются от Р700 на Р430 при освещении фотосистемы И. Вместо того, чтобы перемещаться к НАДФ, электроны движутся по «запасном пути», связанном с первой и второй фотосистемы и впоследствии возвращаются в реакционный центр фотосистемы I. в результате образуется АТФ. Поскольку синтез АТФ сопряженный с циклическим потоком электронов, его называют циклическим фотофосфорилирование. Считают, что это самый примитивный механизм, который, очевидно, присущий некоторым фотосинтезирующими бактериям.
Эукариотные клетки также способны синтезировать АТФ во время циклического переноса электронов. Но здесь происходит разложение Н2О, выделение O2 и образование НАДФН2. Считают, что циклическое транспортировки электронов и фотофосфорилирование происходят в том случае, когда клетка с избытком поставляется восстановителем в форме НАДФН2, но для этого дополнительно требуется АТФ для других метаболических реакций.
На второй стадии фотосинтеза химическая энергия, накопленная в световых реакциях, используется для восстановления углерода. Карбон, доступный для фотосинтезирующих клеток поступает в составе углекислого газа. Выявлено, что водоросли и цианобактерии усваивают двуокись углерода, растворенный в воде. Наземные растения получают СО2 через устьица листьев и зеленых стеблей.
Восстановление углерода происходит в строме хлоропласта в цикле реакций, известных как цикл Кальвина (названный в честь М. Кальвина, который получил Нобелевскую премию за его открытия). Цикл Кальвина аналогичный цикла Кребса, поскольку в конце цикла происходит регенерация исходного соединения. Исходная (и конечная) соединение цикла Кальвина - пьятикаброновий сахар с двумя фосфатными группами- рибулозо-1,5-бифосфат (РБФ). Процесс начинается, когда двуокись углерода входит в цикл и фиксируется на РБФ. Образованная таким образом соединение со расщепляется на две молекулы 3-фосфоглицерат. (Каждая молекула 3-фосфоглицерат состоит из трех атомов углерода, отсюда происходит второе название цикла Кальвина - С3-путь).
Рибулозобифосфаткарбоксилаза - фермент, который катализирует эти ключевые реакции, - составляет 15% белка хлоропласта. Этот фермент локализован на поверхности тилакоидних мембран. В полном цикле Кальвина, как и в цикле Кребса, каждая отдельная реакция катализируется специфическим ферментом. Во время каждого хода цикла одна молекула С02 восстанавливается, а молекула РБФ регенерируется.
Необходимо осуществить шесть циклов с поглощением шести атомов углерода, чтобы образовался шестикарбоновий сахар глюкоза. Суммарное уравнение синтеза глюкозы можно записать так:
6СO2 + 12НАДФН2 + 18АТФ = C612O6 + 12НАДФ + 18АДФ + 18Н3РO4 + 6Н2O.
Промежуточный продукт цикла - глицеральдегид-3-фосфат. Эта же соединение образуется в процессе гликолиза при расщеплении фруктозо-1,6-бисфосфат. В аналогичных, но обратных, реакциях происходит синтез глюкозы из глицеральдегад3-фосфата с использованием энергии фосфатных связей.
Цикл Кальвина - не единственный путь фиксации углерода в темновых реакциях. У некоторых растений первый продукт фиксации НЕ трикарбоновых молекула 3-фосфоглицерат, как в цикле Кальвина, а чотирикарбонова сполука- оксалоацетат (который образуется! В цикле Кребса).
Такие растения называют С4-растениями, в отличие от С3-растений, где функционирует только цикл Кальвина (С4-путь называют также циклом хетча - Слэка в честь австралийских физиологов растений, которым принадлежит решающая роль в его открытии). Оксалоацетат образуется, когда С02 фиксируется на фосфоэнолпируват. Эта реакция катализируется ферментом фосфоэнолпируват-карбоксилаз. Оксалоацетат затем восстанавливается до малата или превращается, присоединяя аминогруппу на аспартат. Эти реакции происходят в клетках мезофилла. Следующий этап: малат или аспартат (в зависимости от вида растения) перемещается из клеток мезофилла в клетки обкладок сосудистых пучков листа, в которых декарболизуеться с образованием СО2 и пирувата.
Далее СO2 вступает в цикл Кальвина, реагирует с РБФ с образованием фосфоглицерат и других промежуточных соединений цикла, тогда как пируват возвращается в клетки мезофилла, где реагирует с АТФ, образуя фосфоэнолпируват.
Итак, анатомия растения способствует пространственному разделению С4-пути и цикла Кальвина в листьях С4-растений.

---

---

Назад

Вперед

1 ... 84 85 86 87 88 89 90 91 92 ... 121

ГДЗ ДПА 2020 Біологія Підручники і посібники Барна 9 клас 9 класс