Celulele Autotrofic. În metoda pentru producerea compușilor organici, toate celulele sunt împărțite în două grupe. Un grup de celule de a sintetiza substanțe organice din compuși anorganici (CO2 și H2O și t. D.). energie Slaba Din aceste celule sintetizează compușii cu glucoză, aminoacizi, și apoi compușii organici mai complexe: .. glucide complexe, proteine, etc. Celulele care pot sintetiza compuși organici din anorganici numit autotrofe sau autotrophs. Principalele autotrophs din lume sunt celulele de plante verzi putere autotrofe inerente unui grup mic de microorganisme.
Celulele Heterotrophic. Un alt grup de celule în imposibilitatea de a sintetiza substanțe organice din compuși anorganici. Aceste celule au nevoie pentru a furniza compuși organici gata. Animalele mânca alte animale și plante și de a obține produse alimentare gata carbohidrați, grăsimi, proteine. In timpul clivajului vital al acestor substanțe. . Dintr-o porțiune din substanțele eliberate în care - de glucoza, aminoacizi, etc. - sunt sintetizate mai complexe inerente celulei substanței: glicogen, grăsimi, proteine; o altă parte a divizat, și eliberat în același timp energia este folosită pentru viață.
Celulele nu sunt capabile de a sintetiza substanțele organice din compuși anorganici și care necesită, prin urmare, în livrarea substanțelor organice finite din exterior, numite celule heterotrofe sau heterotrophs. Celulele tuturor animalelor, oameni, majoritatea microorganismelor, precum și unele plante (de exemplu, fungi) sunt heterotrophic.
Fotosinteza. Sinteza compușilor organici simpli, substanțe energetice sărace are nevoie de influx de energie din exterior. Plantele verzi sunt utilizate în acest scop, energia de lumina soarelui. Celulele din plante au un mecanism special care le permite să transforme energia luminii în energie chimică. Acest proces se numește fotosinteză.
Procesul de fotosinteză este exprimată prin următoarea ecuație generală:
In timpul acestui proces de materie, energie slabă (CO2 și H2O), se deplasează în glucide - material organic bogat energetic complex. ca oxigenul molecular eliberat de fotosinteză.
Ecuația generală a fotosintezei nu furnizează informații despre mecanismul său. Acesta este un proces complex, cu mai multe etape. Rolul central în ea aparține clorofilă - materia organică verde.
Frunzele verzi conținea aproximativ 1% din greutatea uscată a clorofilei. Clorofila este solubil în alcool, iar acesta poate fi îndepărtat prin infuzarea frunzelor în alcool. Solutia are o culoare și fluorescență verde clorofilă.
Clorofila fluorescență în soluție, datorită faptului că electronii din molecula de clorofilă absoarbe energia luminii, ca urmare a părăsi orbita corespunzătoare la starea lor inițială, și sări la o orbită mai mare, ceea ce corespunde lor de stat „excitat“. Apoi, electronii se mute înapoi în orbita sa inițială, și, în același timp, ele dau trecerea de energia absorbită ca lumina fluorescentă. Clorofila în soluția nu este în măsură să stocheze energia luminii. Un alt model este observat s celulei, în care molecula de clorofilă sunt încorporate în structura cloroplastidiană și sunt în comunicare cu moleculele de enzimă, lipide și alte substanțe. Clorofila în frunză verde în timpul iluminării nu prezintă fluorescență. Preocupate de energie lumina clorofila nu este disipată și transformată în energie chimică.
Pentru a înțelege mecanismul acestei transformări, ne întoarcem la fotosintezei de circuit.
Procesul de fotosinteza incepe cu aprinderea luminii vizibile cloroplastei. Photon „hit-uri“, în molecula de clorofilă de electroni, în conformitate cu el energie, și un electron este transferat la starea de „excitat“: ea părăsește orbita de bază și a sări la o orbită mai mare. După aceea el cade imediat înapoi. Astfel, energia în exces a electronului este transformată parțial în căldură (circa 25%) și compușii în principal transmise prezente în celulă, care le determină la transformare.
O parte din „cădere“ a electronilor captate de ioni de hidrogen. In celula, există întotdeauna o anumită cantitate de H + și ioni de OH, deoarece soluția apoasă a moleculelor de apă sunt disociate:
un ion de hidrogen și electroni atașați convertit la un atom de hidrogen:
Ion hidroxil, lăsat fără amfion său, transmite imediat electronul la alte molecule sau ioni și devine un radical OH liber:
atomi de hidrogen liberi și -radicals OH chimic foarte activ. atomi de hidrogen sunt atașați la o substanță organică având o structură complexă și, în consecință, un nume destul de greoaie: fosfat nikotinamiddi-nucleotidă (prescurtat NADPH). NADP este întotdeauna conținută într-o cușcă; atașarea de hidrogen, se duce într-o formă redusă:
NADPH + NAD = 2H FxN2 (4)
-radicals OH libere să reacționeze între ele, oxigenul molecular format evadarea în atmosferă și apă:
Rezumând reacții 1, 2, 3 și 5, obținem:
Astfel, oxigenul molecular generat de fotosinteză, este rezultatul expansiunii (fotoliza) de apă. Acesta nu este un proces enzimatic. În mecanismul său, fotoliza apă similară cu electroliza apei. Să ne amintim că, atunci când un curent electric printr-o soluție apoasă de ioni de hidrogen, electronii produși de la catod și se transformă în atomi de hidrogen (în cazul în care soluția a fost NADP, el ar fi atomii de hidrogen atașați și sa alăturat NADFhN2) și ionii OH sunt donoare de electroni anod, convertit în liber OH -radicals, care este format din oxigen molecular și apă.
Energia pe de altă parte a „căderea“ de electroni, iar electronii sunt separați de ioni hidroxil și unele cu mai multă energie stocată este convertită în macroergice legăturii fosfat de energie: de la ADP (mereu prezent în celulă) și fosfat anorganic (P) ATP este sintetizat:
Astfel, energia în exces a electronilor excitați în timpul tranziției lor la starea inițială generează trei procese:
Fotoliza apă pentru a forma oxigen molecular.
Restaurarea ANPH pentru a forma NADFxN2.
Aceste reacții apar doar în lumină. Implementarea lor este un rezultat direct al absorbției de energie radiantă de clorofilă. Prin urmare, această etapă este numită faza de lumină a fotosintezei. procesele de fotosinteză sintetice suplimentare apar atât la lumină și în întuneric. De aceea, combinația acestor reacții este numită faza de întuneric.
Faza întunecată a fotosintezei constă dintr-o serie de reacții enzimatice succesive. În realizarea acestor reacții sunt implicate în faza de lumină sintetizată și ATP NADFxN2. Central între reacțiile de fază întuneric ocupă reacția de legare a dioxidului de carbon: CO2 dispersează în foaia din atmosferă și este inclusă într-unul dintre intermediari. In cele din urma a format carbohidrații - primii monozaharide, apoi di- și polizaharide.
Deci, în faza de lumină a fotosintezei, energia de lumina soarelui este transformată în energie chimică a ATP și NADFxNg. Energia de fază tempo acestor substanțe (NADFxN2 și ATP) se consumă în sinteza glucidelor.
Procesul de fotosinteza este mecanismul primar prin care plantele verzi produc substanțe organice. Toate substanțele unei plante, oricare dintre ei parte „fructuoase“ - fructe, semințe, rădăcini, lemn, etc - .. sunt formate din substanțe generate ca urmare a activității fotosintetice a celulelor sale.
Productivitatea fotosintetic este de aproximativ 1 g de substanțe organice, la 1 g de suprafață foliară m în 1 oră. Astfel, randamentul superior, toate celelalte lucruri fiind egale, cu cât suprafața frunzelor de plante cultivate și cu cât acestea funcționează sistemul ca fotosinteză.
Studiul rolului luminii și clorofilă în procesul de asimilare a CO2 prin fotosinteză mare contribuție cel mai mare om de știință român K. A. Timiryazev. Timiryazev deținute și munca de neegalat la popularizarea cunoștințelor asupra fotosintezei, pe care el a scris: „Este un proces din care toate manifestările vieții depinde în ultimă instanță pe planetă.“ Este o declarație bine fundamentată, deoarece fotosinteza nu este numai principalul furnizor de compuși organici, dar, de asemenea, singura sursă de oxigen liber de pe Pământ.
Celulele plantelor, la fel ca toate celelalte celule, în mod constant de respirație, adică. E. Absoarbe oxigen și eliberarea de CO2. In timpul zilei, alături de respirație, prin care contin clorofila celulele vegetale ale mecanismului transformă energia luminii în energie chimică: sintetizează substanțe organice. In acest caz, oxigenul molecular este eliberat ca produs de reacție. Cantitatea de oxigen eliberată de către celula vegetală în procesul de fotosinteză, în 20-30 de ori mai mare decât absorbția acestuia atât în procesul continuu de respirație. Se înțelege, așadar, că ziua în care planta și respira și photosynthesize, îmbogățesc aerul cu oxigen, iar noaptea când fotosinteză este oprit, ei respira numai, t. E. Absoarbe oxigen si eliberarea de dioxid de carbon.
În afară de celulele de plante verzi ciudat autotrofe ca unele bacterii, care nu au nici clorofilă. Metoda prin care se mobilizează energia pentru reacțiile sintetice fundamental diferite decât în celulele vegetale. Acest tip de autotrophs a fost deschis de microbiolog savantul roman SN Vinogradskii. Pentru sintezele bacterii folosesc energia reacțiilor chimice. Ei au un aparat de enzimă specială, permițându-le să transforme energia de reacții chimice, în special reacții de oxidare anorganici, substanțe energetice, energia chimică a compușilor organici sintetizați. Acest proces este numit chemosynthesis.
Cel mai faimos autotrophs-hemosintetiki - nitrifiante bacterii. Sursa de energie într-un grup de aceste bacterii este oxidarea amoniacului la reacția acidului azotos; un alt grup de bacterii nitrificatoare folosi energia eliberată în timpul oxidării nitriți în nitric. Autotrophs-hemosintetikami sunt bacterii de fier si bacterii sulf. Prima dintre ele folosesc energia eliberată prin oxidarea fierului bivalent la trivalent, al doilea hidrogen sulfurat oxidează la acid sulfuric.
Role-autotrophs hemosintetikov este foarte mare, în special bacteriile nitrificatoare. Ele sunt importante pentru un randament ridicat, ca urmare a azotului lor metabolice, care este sub formă de compuși care nu sunt disponibile pentru absorbția de către plante, se transforma in sare de acid azotic, sunt bine absorbite de acestea.