Фотосинтез

Фотосинтез у растений Фотосинтез процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. Фотосинтез процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Лист как орган фотосинтеза Углекислый газ, который усваивается в процессе фотосинтеза, поступает в лист через устьица. К верхней стороне листа прилегает палисадная ткань, клетки которой богаты хлоропластом. Чтобы процесс фотосинтеза проходил непрерывно, клетки должны быть достаточно насыщенны водой, устьица регулируют этот процесс. Углекислый газ, который усваивается в процессе фотосинтеза, поступает в лист через устьица. К верхней стороне листа прилегает палисадная ткань, клетки которой богаты хлоропластом. Чтобы процесс фотосинтеза проходил непрерывно, клетки должны быть достаточно насыщенны водой, устьица регулируют этот процесс. Строение листа растения. 1 клетки верхнего эпидермиса; 2 клетки нижнего эпидермиса; 3 клетки столбчатой паренхимы; 4 клетки губчатой паренхимы; 5 замыкающие клетки устьиц, щель между каждой их парой просвет устьица; 6 кутикула, покрывающая слой как верхнего, так и нижнего эпидермиса; 7 межклеточные пространства.

Хлоропласты Хлоропласты (от греч. chlorós зелёный и plastós вылепленный, образованный), внутриклеточные органеллы растительной клетки пластиды, в которых осуществляется фотосинтез. Окрашены в зелёный цвет благодаря присутствию в них основного пигмента фотосинтеза хлорофилла. Основная функция Хлоропластов улавливание и преобразование световой энергии, Хлоропласты (от греч. chlorós зелёный и plastós вылепленный, образованный), внутриклеточные органеллы растительной клетки пластиды, в которых осуществляется фотосинтез. Окрашены в зелёный цвет благодаря присутствию в них основного пигмента фотосинтеза хлорофилла. Основная функция Хлоропластов улавливание и преобразование световой энергии,

Основные классы фотосинтетических пигментов Хлорофиллы Хлорофиллы Каротиноиды Каротиноиды Фикобылины Фикобылины

Хлорофиллы тетрапирролы, образующие циклическую структуру хлорофилла (магний- порфирины ) Хлорофи́лл (от греч. chloros - зеленый и phyllon -лист) зелёный пигмент, обусловливающий окраску растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. По химическому строению хлорофиллы магниевые комплексы различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему.

Каротиноиды Каротиноиды - природные органические пигменты фото синтезируемые бактериями, грибами, водорослями и высшими растениями. Идентифицировано около 600 каротиноидов. Они имеют преимущественно жёлтый, оранжевый или красный цвет, по строению это циклические или ациклические изопреноиды. Каротиноиды - природные органические пигменты фото синтезируемые бактериями, грибами, водорослями и высшими растениями. Идентифицировано около 600 каротиноидов. Они имеют преимущественно жёлтый, оранжевый или красный цвет, по строению это циклические или ациклические изопреноиды. Каротины включают две основных группы структурно близких веществ: Каротины включают две основных группы структурно близких веществ: каротины каротины ксантофиллы ксантофиллы и другие растворимые в жирах пигменты. и другие растворимые в жирах пигменты.

Каротины Каротины Каротин (от лат. carota морковь) желто- оранжевый пигмент, непредельный углеводород из группы каротиноидов. Эмпирическая формула С40H56. Нерастворим в воде, но растворяется в органических растворителях. Содержится в листьях всех растений, а также в корне моркови, плодах шиповника и др. Является провитамином витамина А. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е160a. Различают две формы каротина α-каротин и β- каротин. β-каротин встречается в желтых, оранжевых и зеленых листьях фруктов и овощей. Например в шпинате, салате, томатах, батате и других. α-каротин β-каротин

Ксантофилл Ксантофи́лл растительный пигмент, кристаллизуется в призматических кристаллах жёлтого цвета, входит в состав хлорофилла; легко уединяется при встряхивании спиртового раствора хлорофилла с бензином, оставаясь в нижнем, спиртовом слое, между тем как зелёный пигмент и жёлтый каротин переходят в бензин. В спектре поглощения ксантофилла характерны три полосы поглощения в сине- фиолетовой части. Ксантофи́лл растительный пигмент, кристаллизуется в призматических кристаллах жёлтого цвета, входит в состав хлорофилла; легко уединяется при встряхивании спиртового раствора хлорофилла с бензином, оставаясь в нижнем, спиртовом слое, между тем как зелёный пигмент и жёлтый каротин переходят в бензин. В спектре поглощения ксантофилла характерны три полосы поглощения в сине- фиолетовой части.

Фикобылины Открытые тетрапиррольные структуры Фикобылины (от греч. phýkos – водоросль и лат. bilis – жёлчь), пигменты красных и синезелёных водорослей (фикоэритрины – красные, фикоцианины – синие); белки из группы хромопротеидов, в состав небелковой части которых входят хромофоры былины – аналоги жёлчных кислот. Маскируют цвет основного пигмента фотосинтеза – хлорофилла. Выделены в кристаллическом виде. Аминокислоты в Ф. составляют 85%, углеводы – 5%, хромофоры – 4–5%. Общее содержание Ф. в водорослях достигает 20% (на сухую массу). Локализованы Ф. в клетке в особых частицах – фикобилисомах. Поглощают кванты света в жёлто-зелёной области спектра. Участвуют в фотосинтезе в качестве сопровождающих пигментов, доставляя поглощённую энергию света к фотохимически активным молекулам хлорофилла. Нередко Ф. называют небелковую (хромофорную) часть этих пигментов.

Флавоноидные пигменты Флавоноиды наиболее многочисленная группа как водорастворимых, так и липофильных природных фенольных соединений. Представляют собой гетероциклические кислородсодержащие соединения преимущественно желтого, оранжевого, красного цвета. Они принадлежат к соединениям С6-С3-С6 ряда в их молекулах имеются два бензольных ядра, соединенных друг с другом трех углеродным фрагментом. Большинство флавоноидов можно рассматривать как производные хромана или флавона. Флавоноиды играют важную роль в растительном метаболизме и очень широко распространены в высших растениях. Они принимают участие в фотосинтезе, образовании лигнина и суберина. Флавоноиды наиболее многочисленная группа как водорастворимых, так и липофильных природных фенольных соединений. Представляют собой гетероциклические кислородсодержащие соединения преимущественно желтого, оранжевого, красного цвета. Они принадлежат к соединениям С6-С3-С6 ряда в их молекулах имеются два бензольных ядра, соединенных друг с другом трех углеродным фрагментом. Большинство флавоноидов можно рассматривать как производные хромана или флавона. Флавоноиды играют важную роль в растительном метаболизме и очень широко распространены в высших растениях. Они принимают участие в фотосинтезе, образовании лигнина и суберина. Структура флавонов

Световые и темновые реакции фотосинтеза Фотосинтез протекает в две фазы: световую, идущую только на свету, и темновую, которая идет как в темноте, так и на свету. Фотосинтез протекает в две фазы: световую, идущую только на свету, и темновую, которая идет как в темноте, так и на свету.

Из схемы видно, что энергия света обеспечивает: 1) синтез АТФ; 2) восстановление НАДФ в НАДФН; 3) фотолиз воды, который поставляет электроны для фотосистем I и II; 4) фотолиз воды ведет также к образованию кислорода, который не используется в фотосинтезе (но в отсутствие света служит для окисления органических веществ - углеводов, жиров). В этом основной результат световой фазы фотосинтеза. В темновой фазе фотосинтеза за счет энергии АТФ и восстанавливающей силы НАДФ-Н из углекислого газа (CO2) атмосферы синтезируется глюкоза. Эти процессы также идут при освещении растений, но могут происходить и в темноте, если в клетки вводят АТФ и НАДФН. По этой причине описанный этап фотосинтеза назван темновой фазой. Вверху (слева направо): клетки листа (выделено кружочком), хлоропласт с гранами, хлорофилл в гранах. Из схемы видно, что энергия света обеспечивает: 1) синтез АТФ; 2) восстановление НАДФ в НАДФН; 3) фотолиз воды, который поставляет электроны для фотосистем I и II; 4) фотолиз воды ведет также к образованию кислорода, который не используется в фотосинтезе (но в отсутствие света служит для окисления органических веществ - углеводов, жиров). В этом основной результат световой фазы фотосинтеза. В темновой фазе фотосинтеза за счет энергии АТФ и восстанавливающей силы НАДФ-Н из углекислого газа (CO2) атмосферы синтезируется глюкоза. Эти процессы также идут при освещении растений, но могут происходить и в темноте, если в клетки вводят АТФ и НАДФН. По этой причине описанный этап фотосинтеза назван темновой фазой. Вверху (слева направо): клетки листа (выделено кружочком), хлоропласт с гранами, хлорофилл в гранах.

Световые и темновые реакции Световые реакции: Зависят от света Не зависят от температуры Быстрые < 10 (-5) сек Протекают на мембранах Темновые реакции: Не зависят от света Зависят от температуры Медленные ~ 10 (-2) сек Протекают в строме Хл

Световая фаза фотосинтеза Световая фаза фотосинтеза осуществляется в хлоропластах, где на мембранах расположены молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Эта энергия используется на синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты и способствуют расщеплению молекул воды: 2H20=4H + +4+O2. Образующийся при этом кислород выделяется в окружающую среду. В результате фотолиза образуются: Световая фаза фотосинтеза осуществляется в хлоропластах, где на мембранах расположены молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Эта энергия используется на синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты и способствуют расщеплению молекул воды: 2H20=4H + +4+O2. Образующийся при этом кислород выделяется в окружающую среду. В результате фотолиза образуются: Электроны, заполняющие "дырки" в молекулах хлорофилла. Электроны, заполняющие "дырки" в молекулах хлорофилла. Протоны H+, которые соединяются с веществом НАДФ+ - переносчиком ионов водорода и электронов и восстанавливают его до НАДФН. Протоны H+, которые соединяются с веществом НАДФ+ - переносчиком ионов водорода и электронов и восстанавливают его до НАДФН. Молекулярный кислород, который выделяется в окружающую среду. Молекулярный кислород, который выделяется в окружающую среду. Таким образом, в результате световой фазы фотосинтеза восстанавливается НАДФ+ и образуется НАДФН, синтезируется АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, выделяется молекулярный кислород. АТФ и НАДФH используются в реакциях темновой фазы фотосинтеза. Таким образом, в результате световой фазы фотосинтеза восстанавливается НАДФ+ и образуется НАДФН, синтезируется АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, выделяется молекулярный кислород. АТФ и НАДФH используются в реакциях темновой фазы фотосинтеза.

Световые реакции 1. Введение энергии в биологические системы через воспринимающие пигментные системы 2. Преобразование энергии света в «биологическую энергию»

Темновая фаза фотосинтеза В темновую фазу фотосинтеза энергия, накопленная клетками в молекулах АТФ, используется на синтез глюкозы и других органических веществ. Глюкоза образуется при восстановлении углекислого газа - СО2; с участием протонов воды и НАДФН. В темновую фазу фотосинтеза энергия, накопленная клетками в молекулах АТФ, используется на синтез глюкозы и других органических веществ. Глюкоза образуется при восстановлении углекислого газа - СО2; с участием протонов воды и НАДФН. В молекуле углекислого газа содержится один атом углерода, а в молекуле глюкозы их шесть (C6H12O6). В молекуле углекислого газа содержится один атом углерода, а в молекуле глюкозы их шесть (C6H12O6). Углекислота, проникающая в лист из воздуха, вначале присоединяется к органическому веществу, состоящему из пяти углеродных атомов. При этом образуется очень непрочное шестиуглеродное соединение, которое быстро расщепляется на две трехуглеродные молекулы. В результате ряда реакций из двух трехуглеродных молекул образуется одна шестиуглеродная молекула глюкозы. Этот процесс включает ряд последовательных ферментативных реакций с использованием энергии, заключенной в АТФ. Молекулы НАДФН; поставляют ионы водорода, необходимые для восстановления углекислого газа. Углекислота, проникающая в лист из воздуха, вначале присоединяется к органическому веществу, состоящему из пяти углеродных атомов. При этом образуется очень непрочное шестиуглеродное соединение, которое быстро расщепляется на две трехуглеродные молекулы. В результате ряда реакций из двух трехуглеродных молекул образуется одна шестиуглеродная молекула глюкозы. Этот процесс включает ряд последовательных ферментативных реакций с использованием энергии, заключенной в АТФ. Молекулы НАДФН; поставляют ионы водорода, необходимые для восстановления углекислого газа. Таким образом, в темновой фазе фотосинтеза в результате ряда ферментативных реакций происходит восстановление углекислого газа водородом воды до глюкозы. Таким образом, в темновой фазе фотосинтеза в результате ряда ферментативных реакций происходит восстановление углекислого газа водородом воды до глюкозы.

Восстановление углерода происходит в строме хлоропласта в цикле реакций, известных как цикл Кальвина. Цикл Кальвина - не единственный путь фиксации углерода в темновых реакциях. У некоторых растений первый продукт фиксации СО2 - не трехуглеродная молекула 3- глицерофосфата, а четырехуглеродное соединение - оксалоацетат. Отсюда этот путь фотосинтеза получил название С4-пути (С4-растения). Оксалоацетат затем быстро превращается либо в малат, либо в аспартат, которые переносят СО2 к РБФ цикла Кальвина. Существует особая анатомическая структура в мезофиле листа ( кранц-структура ), сопряженная с С4-путем фотосинтеза. У С4-растений цикл Кальвина осуществляется по преимуществу в клетках обкладок проводящих пучков, а С4-путь - в клетках мезофилла. Иначе говоря, С4-растения используют оба пути фотосинтеза, но они в пределах одного растения пространственно разделены. С4-растения более экономно утилизируют СО2, чем С3-растения, отчасти благодаря тому, что фосфоенолпируваткарбоксилаза не ингибируется О2 и, таким образом, С4-растения обладают способностью поглощать СО2 с минимальной потерей воды. Кроме того, у С4-растений практически отсутствует фотодыхание - процесс выделения СО2 и поглощения О2 на свету. Восстановление углерода происходит в строме хлоропласта в цикле реакций, известных как цикл Кальвина. Цикл Кальвина - не единственный путь фиксации углерода в темновых реакциях. У некоторых растений первый продукт фиксации СО2 - не трехуглеродная молекула 3- глицерофосфата, а четырехуглеродное соединение - оксалоацетат. Отсюда этот путь фотосинтеза получил название С4-пути (С4-растения). Оксалоацетат затем быстро превращается либо в малат, либо в аспартат, которые переносят СО2 к РБФ цикла Кальвина. Существует особая анатомическая структура в мезофиле листа ( кранц-структура ), сопряженная с С4-путем фотосинтеза. У С4-растений цикл Кальвина осуществляется по преимуществу в клетках обкладок проводящих пучков, а С4-путь - в клетках мезофилла. Иначе говоря, С4-растения используют оба пути фотосинтеза, но они в пределах одного растения пространственно разделены. С4-растения более экономно утилизируют СО2, чем С3-растения, отчасти благодаря тому, что фосфоенолпируваткарбоксилаза не ингибируется О2 и, таким образом, С4-растения обладают способностью поглощать СО2 с минимальной потерей воды. Кроме того, у С4-растений практически отсутствует фотодыхание - процесс выделения СО2 и поглощения О2 на свету. Суммарное уравнение синтеза глюкозы в ходе цикла Кальвина можно записать следующим образом: 6СО 2 +12NADН 2 +18АТФ-+С 6 Н 12 О 6 +12NAD+18АДФ+18Ф+6Н 2 О.

С4-путь фотосинтеза С4-растения известны среди 19 семейств цветковых. Однако практически все С4-растения адаптированы к высокой инсоляции, повышенным температурам и засухе. Оптимальная температура для роста и развития таких растений выше, чем у С3-растений; С4- растения процветают даже при температурах, которые губительны для многих С3-видов. С4-растения известны среди 19 семейств цветковых. Однако практически все С4-растения адаптированы к высокой инсоляции, повышенным температурам и засухе. Оптимальная температура для роста и развития таких растений выше, чем у С3-растений; С4- растения процветают даже при температурах, которые губительны для многих С3-видов.

фотосинтетически активная радиация ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНАЯ РАДИАЦИЯ (ФАР), часть солнечной энергии, к-рая может использоваться растениями для фотосинтеза. Соответствует полосе видимого света и составляет ок. 50% от суммарной энергии солнечного излучения. ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНАЯ РАДИАЦИЯ (ФАР), часть солнечной энергии, к-рая может использоваться растениями для фотосинтеза. Соответствует полосе видимого света и составляет ок. 50% от суммарной энергии солнечного излучения.

Спектры поглощения ФАР : 380 – 710 нм Каротиноиды: нм главный максимум: 480 нм Хлорофиллы: в красной области спектра нм в синей нм

Зелёные насаждения Зелёные насажде́ния совокупность древесных, кустарниковых и травянистых растений на определённой территории. В городах они выполняют ряд функций, способствующих созданию оптимальных условий для труда и отдыха жителей города, основные из которых оздоровление воздушного бассейна города и улучшение его микроклимата. Этому способствуют следующие свойства зелёных насаждений: Зелёные насажде́ния совокупность древесных, кустарниковых и травянистых растений на определённой территории. В городах они выполняют ряд функций, способствующих созданию оптимальных условий для труда и отдыха жителей города, основные из которых оздоровление воздушного бассейна города и улучшение его микроклимата. Этому способствуют следующие свойства зелёных насаждений: поглощение углекислого газа и выделение кислорода в ходе фотосинтеза; поглощение углекислого газа и выделение кислорода в ходе фотосинтеза; понижение температуры воздуха за счёт испарения влаги; понижение температуры воздуха за счёт испарения влаги; снижение уровня шума; снижение уровня шума; снижение уровня загрязнения воздуха пылью и газами; снижение уровня загрязнения воздуха пылью и газами; защита от ветров; защита от ветров; выделение растениями фитонцидов летучих веществ, убивающих болезнетворные микробы; выделение растениями фитонцидов летучих веществ, убивающих болезнетворные микробы; положительное влияние на нервную систему человека. положительное влияние на нервную систему человека.

Зелёные насаждения делятся на три основные категории: Зелёные насаждения делятся на три основные категории: общего пользования (сады, парки, скверы, бульвары); общего пользования (сады, парки, скверы, бульвары); ограниченного пользования (внутри жилых кварталов, на территории школ, больниц, других учреждений); ограниченного пользования (внутри жилых кварталов, на территории школ, больниц, других учреждений); специального назначения (питомники, санитарно-защитные насаждения, специального назначения (питомники, санитарно-защитные насаждения, кладбища и т. д.). кладбища и т. д.). Норма зелёных насаждений общего пользования для крупных городов 21 м² на одного человека. Норма зелёных насаждений общего пользования для крупных городов 21 м² на одного человека. Лиственные насаждения