По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co




Скачать 247.83 Kb.
НазваниеПо способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co
страница2/3
Дата конвертации06.02.2016
Размер247.83 Kb.
ТипДокументы
источникhttp://fantastical.narod.ru/Inomini/493.doc
1   2   3

Убихинон (кофермент Q , 4) - переносчик восстановительного эквивалента в дыхательной цепи. При восстановлении хинон превращается в ароматический гидрохинон (убихинол). Похожие системы хинон/гидрохинон - пластохиноны- принимают участие в реакциях фотосинтеза. Пластохиноны – липидорастворимые переносчики электронов и ионов водорода. Обычно ярко окрашены. Это очень реакционноспособные вещества, при восстановлении легко превращаются в фенолы (окраска при этом исчезает). Имеено окраска пластохинонов проявляется при воздействии воздуха на мякоть плодов яблок, бананов, груш, а также клубней картофеля. К этому же классу окислительно-восстановительных систем принадлежат также витамины Е и К.

Группа гемов (цитохромов) (5) является окислительно-восстановительным кофактором в дыхательной цепи и фотосинтезе. В отличие от гемоглобина в этих случаях ион железа меняет валентность. На рисунке показан гем в цитохроме с, ковалентно связанный с двумя остатками цистеина (R2) белка. Молекулы цитохромов организованы таким образом, чтобы электроны могли легко переходить от одного цитохрома к другому. Кроме того, молекулы ориентированы так, чтобы обмениваться в «партнерами» по обеим сторонам. Для достижения необходимых контактов достаточно только малейших изменений положения, вызванных тепловыми колебаниями и вращениями:

Fe2+ ē Fe3+ Fe2+ ē акцептор H2


Донор H2 ē Fe3+ Fe2+ ē Fe3+

+ цитохром 1 цитохром 2 цитохром 3



Ферредоксин и пластоцианин - белки, содержащие ионы металлов. Ферредоксин - водорастворимый белок, содержащий железосерные центры:

цистеин – S S S – цистеин

Fe Fe

цистеин – S S S – цистеин


Пластоцианин – водорастворимый медьсодержащий белок.


Следует помнить, что все переносчики и ферменты встроены в мембраны хлоропласта.



Расщепление молекулы воды - фотолиз - происходит за счет энергии света. Полагают, что в систему разложения воды (Z), пока мало изученную, входят неизвестные ферменты, ионы марганца и бикарбонат. В результате фотолиза воды появляются электроны (е-) и протоны (Н). В клетке имеется всегда некоторое количество Н+ и ОН- ионов, поскольку в водном растворе часть молекул воды находится в диссоциированном состоянии. В результате потери электронов молекулы воды разлагаются на протоны и атомы кислорода. Из атомов кислорода образуется молекулярный кислород, диффундирующий через мембрану в атмосферу. Поскольку протоны не способны к диффузии через мембрану, они накапливаются в гране. Таким образом, по одну сторону мембраны собираются положительно заряженные протоны, а по другую - частицы с отрицательным зарядом.

По мере накопления по обеим сторонам мембраны положительных и отрицательных частиц нарастает разность потенциалов (протонный потенциал). Так же, как в мембраны митохондрий, в мембраны гран встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ (АТФ-синтетаза). Внутри АТФ-синтетазы имеется канал, через который могут пройти протоны. При достижении критического уровня величины протонного потенциала происходит перенос протона через канал в молекуле АТФ-синтетазы, а освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ. Далее АТФ используется на синтез углеводов. Протоны, оказавшиеся на другой стороне мембраны, встречаются здесь с электронами, доставленными молекулами-переносчиками. Протоны превращаются в атомы водорода, направляемые в те места хлоропласта, где идет синтез углеводов. Таким образом, в световую фазу фотосинтеза световая энергия распределяется следующим образом: часть рассеивается в виде тепла с поверхности клетки; часть расходуется на образование кислорода, выделяющегося в атмосферу; часть запасается в виде НАДФ∙H2, а большая часть запасается в виде АТФ (не менее 50% энергии кванта света), которая затем используется в реакциях темнового синтеза. Синтез АТФ за счёт энергии световых квантов называется фотофосфорилированием. Этот процесс может быть циклическим (в реакции «работают» одни и те же электроны) и нециклическим (электроны в конце концов доходят до НАДФ и, взаимодействуя с ионами водорода, образуют НАДФ∙H2). Кислород как побочный продукт реакции выделяется только во втором случае.

Для реакций второй стадии свет не нужен. Реакции темнового синтеза углеводов протекают как на свету, так и в темноте. При участии ферментов углекислота включается в процесс синтеза углеводов. Темновые реакции синтеза носят циклический характер. Выделяют три основных этапа синтеза: карбоксилирование; восстановление; регенерация.

Восстановление CO2 происходит за счет энергии АТФ и накопленного НАДФ∙H2. Углекислота (CO2) вступает в соединение с пятиуглеродным сахаром рибулозо-5-фосфатом, находящимся в клетке. Предварительно этот сахар фосфорилируется (за счет АТФ) с образованием рибулозодифосфата и уже рибулозодифосфат карбоксилируется путем присоединения CO2. Образуется короткоживущее шестиуглеродное соединение, которое вследствие гидролиза (присоединения молекулы воды) распадается на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты. Затем фосфоглицериновая кислота восстанавливается (в присутствии АТФ и НАДФ∙H2) с образованием фосфоглицеринового альдегида (трехуглеродного сахара - триозы). В результате конденсации двух таких триоз образуется молекула гексозы, которая может включаться в молекулу крахмала и таким образом откладываться в запас. Кроме того, при полимеризации глюкозы образуется целлюлоза - опорный полисахарид клетки растений. Впервые процесс темновой фиксации углекислоты с образованием гексозы подробно изучил американский биохимик М. Кальвин, в честь которого весь процесс получил название цикла Кальвина. Для завершения этой фазы цикла процесса фотосинтеза поглощается 1 молекула CO2, используются 3 молекулы АТФ и 4 атома Н (присоединенных к 2 молекулам НАДФ∙H2). Из гексозофосфата (при действии ферментов) регенерирует рибулозофосфат, который снова может присоединить к себе другую молекулу углекислоты. Такой процесс получил название C3-фотосинтеза. Одна молекула гексозы - фруктозо-6-фосфата (или глюкозы) образуется из 6 молекул CO2. Для ее образования требуется расходовать 18 молекул АТФ и 12 молекул НАДФ∙H2.

У некоторых растений (например, сахарного тростника, сои) наблюдается так называемый C4-фотосинтез, в реакциях которого CO2, восстанавливаясь, включается в состав органических кислот, имеющих четыре атома углерода (например, яблочной). При этом поглощение углекислоты идёт гораздо эффективнее, повышается и продуктивность растений.

Хемосинтез (от хемо... и синтез), правильнее — хемолитоавтотрофия, тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. Открытие хемосинтеза в 1887 (Виноградский С. Н.) существенно изменило представления об основных типах обмена веществ у живых организмов. Вместе с другими учёными Виноградский развил идею Л. Пастера о роли микроорганизмов в природе в своей книге “Микробиология почвы. Проблемы и методы. 50 лет исследований”. Им предложен метод “элективных культур”. Нитрификаторы выделены и описаны им в 1890 году. Именно он показал, что этот процесс проходит в 2 фазы. В 1888 г. он установил наличие хемосинтеза у железобактерий, одновременно он изучал серобактерии, и пришёл к выводу, что жизнедеятельность этих бактерий связаны с окислением сероводорода и серы. Все процессы этих 3-х групп организмов имеют энергетическое значение.

В отличие от фотосинтеза, при хемосинтезе используется не энергия света, а энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях, которая должна быть достаточна для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и превышать 10 ккал/моль.   Биосинтез органических соединений при хемосинтезе осуществляется в результате автотрофной ассимиляции CO2 (цикл Калвина) точно так же, как при фотосинтезе. Энергия в виде АТФ получается от переноса электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных в клеточную мембрану бактерий. Некоторые окисляемые вещества отдают электроны в цепь на уровне цитохрома с, что создаёт дополнительный расход энергии для синтеза восстановителя. В связи с большим расходом энергии хемосинтезирующие бактерии, за исключением водородных, образуют мало биомассы, но окисляют большое количество неорганических веществ. Морфологически хемосинтезирующие бактерии весьма разнообразны, хотя большинство из них относится к псевдомонадам, они имеются среди почкующихся и нитчатых бактерий, спирилл, лептоспир, коринебактерий. Систематизируются они в зависимости от окисляемого неорганического субстрата. Среди них встречаются микроорганизмы, окисляющие водород, окись углерода, восстановленные соединения серы, железо, аммиак, нитриты, сурьму (серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии, азотфиксирующие бактерии).

Водородные бактерии — наиболее многочисленная и разнообразная группа хемосинтезирующих организмов; осуществляют реакцию 6H2 + 2O2 + CO2 = (CH2O) + 5H2O, где (CH2O) — условное обозначение образующихся органических веществ. Водород постоянно образуется при анаэробном (бескислородном) разложении органических остатков микроорганизмами почвы. По сравнению с др. автотрофными микроорганизмами характеризуются высокой скоростью роста и могут давать большую биомассу. Эти бактерии способны также расти на средах, содержащих органические вещества, т. е. являются миксотрофными, или факультативно хемоавтотрофными бактериями.

Близки к водородным бактериям карбоксидобактерии, окисляющие CO по реакции 25CO + 12O2 + H2O + 24CO2 + (CH2O).

Тионовые бактерии окисляют сероводород, тиосульфат, молекулярную серу до серной кислоты. Некоторые из них (Thiobacillus ferrooxidans) окисляют сульфидные минералы, а также закисное железо. Это бесцветные хемотрофные бактерии, использующие соединения серы как источники энергии и доноры электронов для ассимиляции СО2 и роста в автотрофных условиях. Они широко распространены в воде и грунтах морей, озёр, серных источников и др. водоёмов, содержащих сероводород, встречаются в почвах, месторождениях серы и сульфидных минералов. По морфологии, характеру движения, строению клеток ряд представителей серобактерий проявляют большое сходство с сине-зелёными водорослями. Однако большинство из них до сих пор не удалось культивировать в лабораторных условиях в виде чистых культур. Серобактерии обитают в водоемах, вода которых содержит сероводород. При окислении сероводорода выделяется свободная сера, которая накапливается в клетках бактерий в виде крупинок. При недостатке сероводорода в клетках бактерий происходит дальнейшее окисление содержащейся в них свободной серы до серной кислоты.

2H2S + O2 →2S + 2H2O + E

2S + 2H2O + 3O2 →2H2 SO4 + E

Образовавшаяся энергия в обоих случаях используется для синтеза органического вещества из углекислого газа. Колоссальное количество серобактерий имеется в Черном море, в котором на глубине более 200 м (а в некоторых местах почти на поверхности) вода насыщена серобактериями.

Описан хемосинтез и у строго анаэробных метанообразующих бактерий по реакции 4H2 + CO2 = CH4 + 2H2O.

Нитрифицирующие бактерии добывают себе энергию путем окисления аммиака и азотистой кислоты. Поэтому они играют большую роль в круговороте азота в природе. Нитрифицирующие бактерии обитают в почве и в различных водоемах. Аммиак, образующийся при гниении белков, окисляется нитрифицирующими бактериями сначала до азотистой кислоты, а затем (уже другой группой бактерий) - до азотной кислоты.

2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 660 кДж

2HNO2 + O2 2HNO3 + 158 кДж

Все эти процессы идут с выделением энергии, используемой для синтеза органических веществ.

Роль азотфиксирующих бактерий, обитающих в почве, весьма важна для повышения урожайности, так как в результате их жизнедеятельности азот (N2), находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак (NН3), который хорошо ими усваивается.

Хемосинтезирующие бактерии,
1   2   3

Похожие:

По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconКурсовая работа
Таким образом, путем фотосинтеза в растениях происходит накопление сложных органических веществ. Естественно, что растения в большей...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconСловарик юного палеонтолога
Абиогенез – синтез органических молекул из более простых неорганических веществ. (Возникновение живого из неживого)
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconФотосинтез
Фотосинтез процесс образования органических веществ из неорганических в хлоропластах зеленых растений под действием солнечного света,...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconПаспорт специальности
Основой специальности является теоретическое и экспериментальное исследование природы кристаллических и аморфных, неорганических...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconКруговорот углерода в природе. Человек как житель биосферы
Цель : на примере круговорота углерода в природе рассмотреть генетическую связь органических и неорганических соединений, проследить...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconОбразование живыми растительными клетками органических веществ, таких, как сахара и крахмал, из неорганических из со
Это процесс производства пищи, от которого зависят все живые существа – растения, животные и человек. У всех наземных растений и...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconБиологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота.
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconСамостоятельная работа обучающихся по химии
Изготовление моделей молекул – представителей различных классов органических соединений
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconПрограмма элективного курса
Элективный курс направлен на формирование понимания роли минеральных веществ в окружающем мире и развития общеучебных навыков в предсказании...
По способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co iconДмитрий иванович менделеев
Профессор, д-р хим наук, зав кафедрой химии и технологии органических соединений азота Целинский И. В
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©kzdocs.docdat.com 2012
обратиться к администрации
Документы
Главная страница