Пластический обмен. Фотосинтез

Подумайте!

1.Объясните, почему потребление избыточного количества пищи приводит к ожирению.

2.Почему энергетический обмен не может существовать без пластического обмена?

Любой живой организм — открытая динамичная система, в которой постоянно осуществляются разнообразные процессы. В ходе жизнедеятельности клетки накапливают питательные вещества, образуют новые органоиды, растут, делятся, выполняют свои специфические функции, осуществляя при этом активный синтез органических веществ — пластический обмен и расходуя энергию, запасенную в процессе энергетического обмена. Особенно активно ассимиляция происходит в период роста организма. Но для осуществления процессов биосинтеза наличия одной энергии мало. Нужен еще материал, из которого организм сможет синтезировать свои органические соединения. Самым важным элементом, необходимым всем живым организмам, является углерод.

■ Типы питания. В зависимости от способа получения углерода, т. е. по типу питания, все организмы делят на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы способны самостоятельно синтезировать необходимые органические соединения, используя в качестве источника углерода неорганическое вещество — углекислый газ (С02). Для этого они используют энергию света (растения и синезеленые водоросли) или энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений (серобактерии, железобактерии).

Гетеротрофные организмы используют в качестве источника углерода и одновременно источника энергии готовые органические вещества. К ге-теротрофам относят всех животных, грибы и большинство бактерий.

Существуют еще миксотрофные организмы (от греч. mixis — смешение), которые сочетают свойства автотрофов и гетеротрофов. К ним относят, например, эвглену зеленую, способную на свету самостоятельно синтезировать органические вещества, а в темноте — питаться готовыми.

■ Фотосинтез. Одним из наиболее важных процессов пластического обмена является фотосинтез — образование органических веществ при помощи энергии света. Эта энергия служит основным источником жизни на нашей планете. Зеленые растения и цианобактерии (синезеленые водоросли) используют солнечную энергию, синтезируя с ее помощью органические соединения и аккумулируя ее таким образом в виде энергии химических связей. Практически все живое на Земле так или иначе связано с фотосинтезом. Гетеротрофные организмы полностью зависят от автотрофов, которые поставляют им углерод в виде готовых органических соединений. В процессе фотосинтеза выделяется кислород, используемый для дыхания. Все запасы горючих полезных ископаемых на нашей планете образовались органическим путем из остатков растений, живших много миллионов лет назад. Сжигая уголь и нефть, мы используем солнечную энергию, запасенную древними растениями/

Все реакции фотосинтеза осуществляются в специализированных органоидах: у высших растений — в хлоропластах, у водорослей — в хрома-тофорах, а у цианобактерий — на тилакоидах — впячиваниях клеточной мембраны.

Суммарное уравнение фотосинтеза можно записать в следующем виде:

6CO₂+ 6H₂O солнечный свет = С₆H₁₂О₆ + 6О₂

В процессе фотосинтеза при участии углекислого газа и воды образуется сахар — глюкоза. Эта реакция протекает за счет энергии света, которая запасается в химических связях молекулы глюкозы, т. е. во время фотосинтеза происходит преобразование солнечной энергии в химическую. Весь этот процесс можно условно разделить на две фазы — световую и тем новую.

Световая фаза. Во время световой фазы молекулы пигмента — хлорофилла поглощают кванты света — фотоны и переходят в неустойчивое возбужденное состояние. Стремясь вернуться в исходное состояние, они отдают эту избыточную энергию, которая частично переходит в тепловую. Другая часть избыточной энергии запасается в виде АТФ, т. е. накапливается энергия, необходимая для осуществления процессов, протекающих в темновой фазе.

В водном растворе всегда присутствуют ионы водорода (Н+) и гидроксид-ионы (ОН-). Часть избыточной энергии возбужденных молекул хлорофилла тратится на превращение ионов Н+ в атомы водорода, которые активно соединяются со сложными органическими веществами — переносчиками водорода.

Оставшиеся ионы ОН- отдают свои электроны молекулам хлорофилла, превращаются в свободные радикалы и взаимодействуют друг с другом, образуя воду и молекулярный кислород:

ОН^- -->ОН + ё,

40Н ->2Н₂0 + 0₂.

По сути, кислород, образующийся во время световой фазы, является побочным продуктом фотосинтеза.

Все описанные выше реакции происходят только на свету. Реакции темновой фазы могут осуществляться как на свету, так и в темноте.

Темновая фаза. Во время этой фазы происходит связывание углекислого газа и использование его атомов углерода для синтеза глюкозы. Атомы водорода, необходимые для этой реакции, приносят молекулы-переносчики, присоединившие водород во время световой фазы, а энергию предоставляют молекулы АТФ.

Обе фазы фотосинтеза неразрывно связаны между собой, образуя единый сложный процесс, важнейшим итогом которого является синтез органических соединений — сахаров и выделение молекулярного кислорода.

Большой вклад в изучение процесса фотосинтеза внес выдающийся русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Он впервые доказал, что растения, синтезируя сахара из неорганического вещества — углекислого газа, преобразуют энергию света в энергию химических связей. Однако еще раньше, в 1771 г., английский ученый Джозеф Пристли на основании своих наблюдений сделал вывод, что растения улучшают воздух, делая его пригодным для дыхания. Так впервые было определено уникальное значение зеленых растений.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое ассимиляция?

2.Опишите известные вам типы питания.

3.Какие организмы называют автотрофными?

4.Почему у зеленых растений в результате фотосинтеза выделяется в атмосферу свободный кислород?

5.Каковы признаки гетеротрофного типа питания? Приведите примеры гетеротрофных организмов.

6.Как вы думаете, почему все живое на Земле можно назвать «детьми Солнца»?

Дата добавления: 2014-12-10