Группируются в граны, которые представляют собой стопки сплюснутых и тесно прижатых друг к другу тилакоидов, имеющих форму дисков. Соединяются граны с помощью ламелл. Пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами называется стромой . В строме содержатся хлоропластные молекулы РНК , пластидная ДНК, рибосомы , крахмальные зёрна, а также ферменты цикла Кальвина .
Происхождение
В настоящее время общепризнано происхождение хлоропластов путем симбиогенеза. Предполагают, что хлоропласты возникли из цианобактерий , так как являются двухмембранным органоидом, имеют собственную замкнутую кольцевую ДНК и РНК, полноценный аппарат синтеза белка (причем рибосомы прокариотического типа - 70S), размножаются бинарным делением , а мембраны тилакоидов похожи на мембраны прокариот (наличием кислых липидов) и напоминают соответствующие органеллы у цианобактерий. У глаукофитовых водорослей вместо типичных хлоропластов в клетках содержатся цианеллы - цианобактерии, потерявшие в результате эндосимбиоза способность к самостоятельному существованию, но отчасти сохранившие цианобактериальную клеточную стенку .
Давность этого события оценивают в 1 - 1,5 млрд лет .
Часть групп организмов получала хлоропласты в результате эндосимбиоза не с прокариотными клетками, а с другими эукариотами, уже имеющими хлоропласты . Этим объясняется наличие в оболочке хлоропластов некоторых организмов более чем двух мембран . Самая внутренняя из этих мембран трактуется как потерявшая клеточную стенку оболочка цианобактерии, внешняя - как стенка симбионтофорной вакуоли хозяина. Промежуточные мембраны - принадлежат вошедшему в симбиоз редуцированному эукариотному организму. У некоторых групп в перипластидном пространстве между второй и третьей мембраной располагается нуклеоморф, сильно редуцированное эукариотное ядро .
Модель хлоропласта
Строение
У различных групп организмов хлоропласты значительно различаются по размерам,строению и количеству в клетке. Особенности строения хлоропластов имеют большое таксономическое значение .
Оболочка хлоропластов
У различных групп организмов оболочка хлоропластов отличается по строению.
У глаукоцистофитовых, красных, зеленых водорослей и у высших растений оболочка состоит из двух мембран. У других эукариотных водорослей хлоропласт дополнительно окружен одной или двумя мембранами. У водорослей, обладающих четырехмембранными хлоропластами, наружная мембрана обычно переходит в наружную мембрану ядра.
Перипластидное пространство
Ламеллы и тилакоиды
Ламеллы соединяют полости тилакоидов
Пиреноиды
Пиреноиды - центры синтеза полисахаридов в хлоропластах . Строение пиреноидов разноообразно, и не всегда они морфологически выражены. Могут быть внутрипластидными и стебельчатыми, выступающими в цитоплазму. У зеленых водорослей и растений пиреноиды располагаются внутри хлоропласта, что связано с внутрипластидным запасанием крахмала.
Стигма
Стигмы или глазки встречается в хлоропластах подвижных клеток водорослей. Располагаются вблизи основания жгутика. Стигмы содержат каротиноиды и способны работать как фоторецепторы.
См. также
Примечания
Комментарии
Примечания
Литература
- Белякова Г. А. Водоросли и грибы // Ботаника: в 4 т. / Белякова Г. А., Дьяков Ю. Т., Тарасов К. Л. - М .: Издательский центр «Академия», 2006. - Т. 1. - 320 с. - 3000 экз. - ISBN 5-7695-2731-5
- Карпов С.А. Строение клетки протистов. - СПб. : ТЕССА, 2001. - 384 с. - 1000 экз. - ISBN 5-94086-010-9
- Lee, R. E. Phycology, 4th edition. - Cambridge: Cambridge University Press, 2008. - 547 с. - ISBN 9780521682770
| Органоиды эукариотической клетки | ||
|---|---|---|
 |
||
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Хлорное железо
- Хлорокись углерода.
Смотреть что такое "Хлоропласты" в других словарях:
ХЛОРОПЛАСТЫ - (от греч. chloros зелёный и plastos вылепленный), внутриклеточные органоиды (пластиды) растений, в к рых осуществляется фотосинтез; благодаря хлорофиллу окрашены в зелёный цвет. Встречаются в клетках разл. тканей надземных органов растений,… … Биологический энциклопедический словарь
ХЛОРОПЛАСТЫ - (от греч. chloros зеленый и plastos вылепленный образованный), внутриклеточные органоиды растительной клетки, в которых осуществляется фотосинтез; окрашены в зеленый цвет (в них присутствует хлорофилл). Собственный генетический аппарат и… … Большой Энциклопедический словарь
Хлоропласты - тела, заключающиеся в клетках растений, окрашенные взеленый цвет и содержащие хлорофилл. У высших растении Х. имеют весьмаопределенную форму и называются хлорофилльными зернами; у водорослейформа их разнообразна и они называются хроматофорами или … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Хлоропласты - (от греческого chloros зелёный и plastos вылепленный, образованный), внутриклеточные структуры растительной клетки, в которых осуществляется фотосинтез. Содержат пигмент хлорофилл, окрашивающий их в зелёный цвет. В клетке высших растений от 10 до … Иллюстрированный энциклопедический словарь
хлоропласты - (гр. chloros зеленый + lastes образующий) зеленые пластиды растительной клетки, содержащие хлорофилл, каротин, ксантофилл и участвующие в процессе фотосинтеза ср. хромопласты). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009. хлоропласты [гр.… … Словарь иностранных слов русского языка
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 … Большая советская энциклопедия
хлоропласты - ов; мн. (ед. хлоропласт, а; м.). [от греч. chlōros бледно зелёный и plastos вылепленный] Ботан. Тельца в протоплазме растительных клеток, содержащие хлорофилл и участвующие в процессе фотосинтеза. Концентрация хлорофилла в хлоропластах. * * *… … Энциклопедический словарь
Хлоропласты - тела, заключающиеся в клетках растений, окрашенные в зеленый цвет и содержащие хлорофилл. У высших растений X. имеют весьма определенную форму и называются хлорофилльными зернами (см.); у водорослей форма их разнообразна и они называются… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Хлоропласты - мн. Зеленые пластиды растительной клетки, содержащие хлорофилл, каротин и участвующие в процессе фотосинтеза. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
ХЛОРОПЛАСТЫ - (от греч. chloros зелёный и plastоs вылепленный, образованный), внутриклеточные органоиды растит. клетки, в к рых осуществляется фотосинтез; окрашены в зелёный цвет (в них присутствует хлорофилл). Собств. генетич. аппарат и белоксинтезирующая… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Университет Российской Академии Образования
Факультет психологии
Реферат
по биологии на тему:
«Структура
хлоропластов и фотосинтез»
Работу
выполнила студентка первого курса
Денисова
М.К.
Работу
проверила
Полякова
И.А.
Оглавление.
- хлоропласт
химический состав хлоропласта
строение хлоропласта
структура хлоропласта
фотосинтез
значение фотосинтеза
роль хлоропластов в фотосинтезе
световая фаза фотосинтеза
темновая фаза фотосинтеза
В клетках большинства
растений имеются пластиды - небольшие
тельца, в которых происходит синтез или
накопление органических веществ. Наиболее
важные пластиды - хлоропласты - содержат
зеленый пигмент хлорофилл, который придает
растению зеленую окраску и играет важнейшую
роль в фотосинтезе, улавливая энергию
солнечного света. Типичные хлоропласты
- это дисковидные образования диаметром
около 5 мкм и толщиной 1 мкм. При изучении
в электронном микроскопе видно, что хлоропласты
построены из мембран, плотно уложенных
параллельно друг другу. Каждая клетка
содержит от 20 до 100 хлоропластов, которые
могут расти и делиться, образуя новые,
дочерние хлоропласты. Внутри каждого
хлоропласта находится множество мелких
телец, называемых гранами; эти тельца
содержат хлорофилл.
Хлоропласт - это не просто мешочек, наполненный
хлорофиллом. Сама способность этого пигмента,
улавливать энергией света зависит от
его упаковки в гранах. Слой молекул хлорофилла
и слой фосфолипидных молекул лежат здесь
между слоями белка. Благодаря этому молекулы
хлорофилла распределены по большой площади;
кроме того, слоистая структура, возможно,
облегчает перенос энергии с одной молекулы
на другую - соседнюю с ней - во время
фотосинтеза. Материал, в который погружены
граны, называется стромой. Многочисленные
граны одного хлоропласта соединены между
собой листками мембран, проходящий через
строму. Другой тип пластид - это бесцветные
лейкопласты, которые служат центрами
накопления крахмала и других веществ.
Пластиды третьего типа - хромопласты
- содержат различные пигменты, обусловливающие
окраску цветков и плодов.
Химический
состав
хлоропластов достаточно сложен
и характеризуется высоким (75 %) содержанием
воды. Около 75-80 % общего количества сухих
веществ приходится на долю различных
органических соединений, 20-25 % - на долю
минеральных веществ. Структурной основой
хлоропластов являются белки, содержание
которых достигает 50-55 % сухой массы, примерно
половина из них водорастворимые. Такое
высокое содержание белков объясняется
их многообразными функциями в составе
хлоропластов. Это структурные белки,
являющиеся основой мембран, белки-ферменты,
транспортные белки, поддерживающие определенный
ионный состав, отличающийся от цитозоля,
сократительные белки, подобные актомиозину
мышц, которые обеспечивают двигательную
активность хлоропластов. Белки выполняют
также рецепторную функцию, принимая участие
в регуляции интенсивности фотосинтеза
в меняющихся условиях внутренней и внешней
среды.
Важнейшей
составной частью хлоропластов являются
липиды, содержание которых колеблется
от 30 до 40 % сухой массы. Липиды хлоропластов
представлены тремя группами соединений.
Углеводы
не являются конституционными веществами
хлоропласта. В очень небольших количествах
фосфорные эфиры сахаров участвуют в восстановительном
цикле углерода, в основном же это продукты
фотосинтеза. Поэтому содержание углеводов
в хлоропластах колеблется значительно
(от 5 до 50 %). В активно функционирующих
хлоропластах углеводы обычно не накапливаются,
происходит их быстрый отток. При уменьшении
потребности в продуктах фотосинтеза
в хлоропластах образуются крупные крахмальные
зерна. В этом случае содержание крахмала
может возрасти до 50 % сухой массы и активность
хлоропластов снизится.
В
хлоропластах высокое содержание минеральных
веществ. Сами хлоропласты составляют
25-30 % массы листа, но в них сосредоточено
до 80 % железа, 70-72 % - магния и цинка,
около 50 % - меди, 60 % кальция, содержащихся
в тканях листа. Эти данные хорошо
согласуются с высокой и разнообразной
ферментативной активностью хлоропластов.
Минеральные элементы выступают в роли
простетических групп и кофакторов деятельности
ферментов. Магний входит в состав хлорофилла.
Важная роль кальция заключается в стабилизации
мембранных структур хлоропластов.
Строение
хлоропласта
, наблюдаемое с помощью
электронного микроскопа, весьма сложное.
Подобно ядру и митохондриям хлоропласт
окружен оболочкой,
состоящей из двух липопротеидных мембран.
Внутреннюю среду представляет относительно
однородная субстанция - матрикс,
или строма,
которую пронизывают мембраны
- ламеллы
. Ламеллы, соединенные друг
с другом, образуют пузырьки - тилакоиды.
Плотно прилегая друг к другу, тилакоиды
образуют граны,
которые различают даже под световым микроскопом.
В свою очередь, граны в одном или нескольких
местах объединены друг с другом с помощью
межгранных тяжей - тилакоидов
стромы.
Пигменты хлоропласта, участвующие
в улавливании световой энергии, а также
ферменты, необходимые для световой фазы
фотосинтеза, вмонтированы в мембраны
тилакоидов.
Строение
зрелых хлоропластов одинаково у
всех высших растений, как и в
клетках разных органов одного растения
(листьях, зеленеющих корнях, коре, плодах).
В зависимости от функциональной
нагрузки клеток, физиологического состояния
хлоропластов, их возраста различают степень
их внутренней структурированности: размеры,
количество гран, связь между ними. Так,
в замыкающих клетках устьиц основная
функция хлоропластов - фоторегуляция
устьичных движений. Этот процесс обеспечивается
энергией высокоструктурированными митохондриями.
Хлоропласты содержат крупные крахмальные
зерна, набухшие тилакоиды, липофильные
глобулы, что свидетельствует об их низкой
энергетической нагрузке.
С
возрастом строение хлоропластов существенно
меняется. Молодые хлоропласты характеризуются
ламеллярной структурой, в таком состоянии
хлоропласты способны размножаться делением.
В зрелых хлоропластах хорошо выражена
система гран. В стареющих хлоропластах
происходит разрыв тилакоидов стромы,
связь между гранами уменьшается, в дальнейшем
наблюдаются распад хлорофилла и деструкция
гран. В осенней листве деградация хлоропластов
приводит к образованию хромопластов,
в которых каротиноиды сосредоточены
в пластоглобулах.
Структура хлоропластов состоит из следующих главных компонентов: двойная липопротендиая мембрана толщиной 20,0 нм, которая покрывает хлоропласт и отделяет его от цитоплазмы; белковая строма, в которую погружены структурные элементы хлоропласта, и граны, представляющие собой плотно упакованную систему мембран. Строма - это растворимая фаза хлоропласта сложного состава. В ней находятся все ферменты углеводного обмена, различные синтетические системы, и в том числе система синтеза белка. Строма является гетерогенной системой, в ней обнаружены мелкогранулярные образования и фибриллы белковой или нуклеоиротеидной природы диаметром около 8,5 нм, а также рибосомоподобные элементы диаметром 20,0 нм, состоящие из белка и РНК. В строме находятся также крахмальные зерна, липидные включения и пр.
Внутреннее пространство хлоропластов заполнено системой мембран. Фотосинтетические мембраны соединяются между собой и образуют диски различных типов - большие и малые. Диски большого диаметра расположены вдоль длинной оси хлоропласта. Это диски или тилакоиды (тилакоидес - «мешковидный») стромы пронизывают весь внутренний объем хлоропласта и соединяют между собой отдельные граны. Граны имеют вид плотно упакованных пачек дисков меньшего диаметра (0,5-0,6 нм), которые называют тилаклоиды гран. В гране содержится от 5 до 30 тилакоидов. Отдельные граны соединяются между собой трубчатыми элементами, образующими внутри хлоропласта разветвленную систему каналов. Внутреннее строение хлоропласта сильно отличается в зависимости от того, идет ли речь о хлоропласте водорослей или высших растений. У зеленых водорослей, например, хлоропласты не содержат гран.
Пигмент хлоропластов поглощает свет для осуществления фотосинтеза. Фотосинтез - процесс преобразования энергии света в химическую энергию органических веществ, прежде всего углеводов, которые синтезируются в хлоропластах из веществ, бедных энергией - СО2 и Н2О.
Хлоропласты, как полагают, тоже произошли от самостоятельных организмов, только гораздо позднее, чем митохондрии. Общепризнанная теория гласит, что хлоропласты первоначально были фотосинтезирующими цианобактериями (сине-зелеными «водорослями»), которых поглотили ядерные клетки эукариот, содержащие митохондрии. Как и митохондрии до них, цианобактерии вступили в симбиотические отношения с поглотившими их клетками и постепенно превратились в то, что мы видим сегодня: несущие хлорофилл, использующие фотосинтез энергетические фабрики царства растений
фотосинтез
Фотосинтез (от греч. ????- - свет и???????? - синтез, совмещение, помещение вместе) - процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция - совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.
Значение фотосинтеза
Фотосинтез
является основным источником биологической
энергии, фотосинтезирующие автотрофы
используют её для синтеза органических
веществ из неорганических, гетеротрофы
существуют за счёт энергии, запасённой
автотрофами в виде химических связей,
высвобождая её в процессах дыхания и
брожения. Энергия, получаемая человечеством
при сжигании ископаемого топлива (уголь,
нефть, природный газ, торф), также является
запасённой в процессе фотосинтеза.
Фотосинтез
является главным входом неорганического
углерода в биологический цикл. Весь свободный
кислород атмосферы - биогенного происхождения
и является побочным продуктом фотосинтеза.
Формирование окислительной атмосферы
(кислородная катастрофа) полностью изменило
состояние земной поверхности, сделало
возможным появление дыхания, а в дальнейшем,
после образования озонового слоя, позволило
жизни выйти на сушу.
Роль хлоропластов в фотосинтезе
В клетках растений имеются микроскопические образования - хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул - носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл - сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.
Световая фаза фотосинтеза
Квант
красного света, поглощенный хлорофиллом,
переводит электрон в возбужденное
состояние. Возбужденный светом электрон
приобретает большой запас энергии, вследствие
чего перемещается на более высокий энергетический
уровень. Возбужденный светом электрон
можно сравнить с камнем, поднятым на высоту,
который также приобретает потенциальную
энергию. Он теряет ее, падая с высоты.
Возбужденный электрон, как по ступеням,
перемещается по цепи сложных органических
соединений, встроенных в хлоропласт.
Перемещаясь с одной ступени на другую,
электрон теряет энергию, которая используется
для синтеза АТФ. Растративший энергию
электрон возвращается к хлорофиллу. Новая
порция световой энергии вновь возбуждает
электрон хлорофилла. Он снова проходит
по тому же пути, расходуя энергию на образования
молекул АТФ.
Ионы
водорода и электроны, необходимые
для восстановления молекул-носителей
энергии, образуются при расщеплении молекул
воды. Расщепление молекул воды в хлоропластах
осуществляется специальным белком под
воздействием света. Называется этот процесс
фотолизом воды.
Таким
образом, энергия солнечного света
непосредственно используется растительной
клеткой для:
1.
возбуждения электронов хлорофилла,
энергия которых далее расходуется
на образование АТФ и других
молекул-носителей энергии;
2.
фотолиза воды, поставляющего ионы
водорода и электроны в световую
фазу фотосинтеза.
При
этом выделяется кислород как побочный
продукт реакций фотолиза. Этап, в течение
которого за счет энергии света образуются
богатые энергией соединения - АТФ и молекулы-носители
энергии, называют световой фазой фотосинтеза.
Темновая фаза фотосинтеза
В
хлоропластах есть пятиуглеродные сахара,
один из которых рибулозодифосфат, является
акцептором углекислого газа. Особый фермент
связывает пятиуглеродный сахар с углекислым
газом воздуха. При этом образуется соединения,
которые за счет энергии АТФ и иных молекул-носителей
энергии восстанавливаются до шестиуглеродной
молекулы глюкозы. Таким образом, энергия
света, преобразованная в течение световой
фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей
энергии, используется для синтеза глюкозы.
Эти процессы могут идти в темноте.
Из
растительных клеток удалось выделить
хлоропласты, которые в пробирке под действием
света осуществляли фотосинтез - образовывали
новые молекулы глюкозы, при этом поглощали
углекислый газ. Если прекращали освещать
хлоропласты, то приостанавливался и синтез
глюкозы. Однако если к хлоропластам добавляли
АТФ и восстановленные молекулы-носители
энергии, то синтез глюкозы возобновлялся
и мог идти в темноте. Это означает, что
свет действительно нужен только для синтеза
АТФ и зарядки молекул-носителей энергии.
Поглощение углекислого газа и образование
глюкозы в растениях называют темновой
фазой фотосинтеза, поскольку она может
идти в темноте.
Интенсивное
освещение, повышенное содержание углекислого
газа в воздухе приводят к повышению
активности фотосинтеза.
и т.д.................
Пластиды бывают трех видов:
- хлоропласты - зеленые, функция - фотосинтез
- хромопласты - красные и желтые, являются полуразрушенными хлоропластами, могут придавать яркую окраску лепесткам и плодам.
- лейкопласты - бесцветные, функция - запас веществ.
Строение хлоропластов
Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь - тилакоиды. Стопки коротких тилакоидов называются граны , они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов фотосинтеза.
Внутренняя среда хлоропласта называется строма. В ней находятся кольцевая ДНК и рибосомы, за счет них хлоропласты самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами. (Считается, что раньше и пластиды были свободными бактериями, которые были поглощены крупной клеткой, но не переварены.)
Фотосинтез (простой)
В зеленых листьях на свету
В хлоропластах с помощью хлорофилла
Из углекислого газа и воды
Синтезируется глюкоза и кислород.
Фотосинтез (средняя сложность)
1. Световая фаза.
Происходит на свету в гранах хлоропластов. Под действием света происходит разложение (фотолиз) воды, получается кислород, который выбрасывается, а так же атомы водорода (НАДФ-Н) и энергия АТФ, которые используются в следующей стадии.
2. Темновая фаза.
Происходит как на свету, так и в темноте (свет не нужен), в строме хлоропластов. Из углекислого газа, полученного из окружающей среды и атомов водорода, полученных в предыдущей стадии, за счет энергии АТФ, полученной в предыдущей стадии, синтезируется глюкоза.
1. Установите соответствие между процессом фотосинтеза и фазой, в которой он происходит: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) образование молекул НАДФ-2Н
Б) выделение кислорода
В) синтез моносахарида
Г) синтез молекул АТФ
Д) присоединение углекислого газа к углеводу
Ответ
2. Установите соответствие между характеристикой и фазой фотосинтеза: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) фотолиз воды
Б) фиксация углекислого газа
В) расщепление молекул АТФ
Г) возбуждение хлорофилла квантами света
Д) синтез глюкозы
Ответ
3. Установите соответствие между процессом фотосинтеза и фазой, в которой он происходит: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильной последовательности.
А) образование молекул НАДФ*2Н
Б) выделение кислорода
В) синтез глюкозы
Г) синтез молекул АТФ
Д) восстановление углекислого газа
Ответ
4. Установите соответствие между процессами и фазой фотосинтеза: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) полимеризация глюкозы
Б) связывание углекислого газа
В) синтез АТФ
Г) фотолиз воды
Д) образование атомов водорода
Е) синтез глюкозы
Ответ
5. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и их характеристиками: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) осуществляется фотолиз воды
Б) образуется АТФ
В) кислород выделяется в атмосферу
Г) протекает с затратами энергии АТФ
Д) реакции могут протекать как на свету, так и в темноте
Ответ
6сб. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и их характеристиками: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) восстановление НАДФ+
Б) транспорт ионов водорода через мембрану
В) протекает в гранах хлоропластов
Г) синтезируются молекулы углеводов
Д) электроны хлорофилла перемещаются на более высокий энергетический уровень
Е) расходуется энергия АТФ
Ответ
ФОРМИРУЕМ 7:
А) перемещение возбужденных электронов
Б) преобразование НАДФ-2Р в НАДФ+
Проанализируйте таблицу. Заполните пустые ячейки таблицы, используя понятия и термины, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) мембраны тилакоидов
2) световая фаза
3) фиксация неорганического углерода
4) фотосинтез воды
5) темновая фаза
6) цитоплазма клетки
Ответ
Проанализируйте таблицу «Реакции фотосинтеза». Для каждой буквы выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) окислительное фосфорилирование
2) окисление НАДФ-2Н
3) мембраны тилакоидов
4) гликолиз
5) присоединение углекислого газа к пентозе
6) образование кислорода
7) образование рибулозодифосфата и глюкозы
8) синтез 38 АТФ
Ответ
Выберите три варианта. Темновая фаза фотосинтеза характеризуется
1) протеканием процессов на внутренних мембранах хлоропластов
2) синтезом глюкозы
3) фиксацией углекислого газа
4) протеканием процессов в строме хлоропластов
5) наличием фотолиза воды
6) образованием АТФ
Ответ
1. Перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания строения и функций изображенного органоида клетки. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
2) накапливает молекулы АТФ
3) обеспечивает фотосинтез
5) обладает полуавтономностью
Ответ
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания изображённого на рисунке органоида клетки. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) одномембранный органоид
2) состоит из крист и хроматина
3) содержит кольцевую ДНК
4) синтезирует собственный белок
5) способен к делению
Ответ
Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания строения и функций хлоропласта. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) является двумембранным органоидом
2) имеет собственную замкнутую молекулу ДНК
3) является полуавтономным органоидом
4) формирует веретено деления
5) заполнен клеточным соком с сахарозой
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Клеточный органоид, содержащий молекулу ДНК
1) рибосома
2) хлоропласт
3) клеточный центр
4) комплекс Гольджи
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. В синтезе какого вещества участвуют атомы водорода в темновой фазе фотосинтеза?
1) НАДФ-2Н
2) глюкозы
3) АТФ
4) воды
Ответ
Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения процессов световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) фотолиз воды
4) образование молекулярного кислорода
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В световую фазу фотосинтеза в клетке
1) образуется кислород в результате разложения молекул воды
2) происходит синтез углеводов из углекислого газа и воды
3) происходит полимеризация молекул глюкозы с образованием крахмала
4) осуществляется синтез молекул АТФ
5) энергия молекул АТФ расходуется на синтез углеводов
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой клеточный органоид содержит ДНК
1) вакуоль
2) рибосома
3) хлоропласт
4) лизосома
Ответ
Вставьте в текст «Синтез органических веществ в растении» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите выбранные цифры в порядке, соответствующем буквам.
Энергию, необходимую для своего существования, растения запасают в виде органических веществ. Эти вещества синтезируются в ходе __________ (А). Этот процесс протекает в клетках листа в __________ (Б) – особых пластидах зелёного цвета. Они содержат особое вещество зелёного цвета – __________ (В). Обязательным условием образования органических веществ помимо воды и углекислого газа является __________ (Г).
Список терминов:
1) дыхание
2) испарение
3) лейкопласт
4) питание
5) свет
6) фотосинтез
7) хлоропласт
8) хлорофилл
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. В клетках первичный синтез глюкозы происходит в
1) митохондриях
2) эндоплазматической сети
3) комплексе Гольджи
4) хлоропластах
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Молекулы кислорода в процессе фотосинтеза образуются за счет разложения молекул
1) углекислого газа
2) глюкозы
3) АТФ
4) воды
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Верны ли следующие суждения о фотосинтезе? А) В световой фазе происходит преобразование энергии света в энергию химических связей глюкозы. Б) Реакции темновой фазы протекают на мембранах тилакоидов, в которые поступают молекулы углекислого газа.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
Ответ
1. Установите правильную последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе. Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) Использование углекислого газа
2) Образование кислорода
3) Синтез углеводов
4) Синтез молекул АТФ
5) Возбуждение хлорофилла
Ответ
2. Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза.
1) преобразование солнечной энергии в энергию АТФ
2) образование возбуждённых электронов хлорофилла
3) фиксация углекислого газа
4) образование крахмала
5) преобразование энергии АТФ в энергию глюкозы
Ответ
3. Установите последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе. Запишите соответствующую последовательность цифр.
2) расщепление АТФ и выделение энергии
3) синтез глюкозы
4) синтез молекул АТФ
5) возбуждение хлорофилла
Ответ
Выберите три особенности строения и функций хлоропластов
1) внутренние мембраны образуют кристы
2) многие реакции протекают в гранах
3) в них происходит синтез глюкозы
4) являются местом синтеза липидов
5) состоят из двух разных частиц
6) двумембранные органоиды
Ответ
Определите три верных утверждения из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В световую фазу фотосинтеза происходит
1) фотолиз воды
2) восстановление углекислого газа до глюкозы
3) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света
4) соединение водорода с переносчиком НАДФ+
5) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов
Ответ
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) образуется побочный продукт – кислород
2) происходит в строме хлоропласта
3) связывание углекислого газа
4) синтез АТФ
5) фотолиз воды
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Процесс фотосинтеза следует рассматривать как одно из важных звеньев круговорота углерода в биосфере, так как в ходе его
1) растения вовлекают углерод из неживой природы в живую
2) растения выделяют в атмосферу кислород
3) организмы выделяют углекислый газ в процессе дыхания
4) промышленные производства пополняют атмосферу углекислым газом
Ответ
Установите соответствие между этапами процесса и процессами: 1) фотосинтез, 2) биосинтез белка. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) выделение свободного кислорода
Б) образование пептидных связей между аминокислотами
В) синтез иРНК на ДНК
Г) процесс трансляции
Д) восстановление углеводов
Е) преобразование НАДФ+ в НАДФ 2Н
Ответ
Выберите органоиды клетки и их структуры, участвующие в процессе фотосинтеза.
1) лизосомы
2) хлоропласты
3) тилакоиды
4) граны
5) вакуоли
6) рибосомы
Ответ
Перечисленные ниже термины, кроме двух, используются для описания пластид. Определите два термина, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) пигмент
2) гликокаликс
3) грана
4) криста
5) тилакоид
Ответ
Ответ
Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания процесса фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) Для протекания процесса используется энергия света.
2) Процесс происходит при наличии ферментов.
3) Центральная роль в процессе принадлежит молекуле хлорофилла.
4) Процесс сопровождается расщеплением молекулы глюкозы.
5) Процесс не может происходить в клетках прокариот.
Ответ
Перечисленные ниже понятия, кроме двух, используются для описания темновой фазы фотосинтеза. Определите два понятия, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) фиксация углекислого газа
2) фотолиз
3) окисление НАДФ·2Н
4) грана
5) строма
Ответ
Перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания строения и функций изображенного органоида клетки. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) расщепляет биополимеры на мономеры
2) накапливает молекулы АТФ
3) обеспечивает фотосинтез
4) относится к двумембранным органоидам
5) обладает полуавтономностью
Ответ
Установите соответствие между процессами и их локализацией в хлоропластах: 1) строма, 2) тилакоид. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) использование АТФ
Б) фотолиз воды
В) возбуждение хлорофилла
Г) образование пентозы
Д) перенос электронов по цепи ферментов
Ответ
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
Федеральное Агентство науки и образования.
Сибирский Федеральный Университет.
Институт Фундаментальной Биологии и Биотехнологии.
Кафедра биотехнологии.
На тему: Строение и функции хлоропластов.
Выполнила: студентка
31гр.Шестопалова Н.С.
Проверила:
доцент кафедры
биотехнологии
д.б.н. Голованова Т.И.
Красноярск
1. Введение………………………………………....................................3
2. Обзор литературы…………………………………………….............4
2.1 Происхождение хлоропласта………………………………….........4
2.2 Развитие хлоропласта из пропластиды…………………………….5
2.3 Строение хлоропластов……………………………………………..7
2.4 Генетический аппарат хлоропластов……………………………....9
3. Функции хлоропластов……………………………………………...11
4. Вывод…………………………………………………………………16
5. Список используемой литературы………………………………….17
Введение:
Пластиды –это мембранные органоиды, встречающиеся у фотосинтезирующих эукариотических организмов(высшие растения, низшие водоросли, некоторые одноклеточные организмы). У высших растений найден целый набор различных пластид(хлоропласт, лейкопласт, амилопласт, хромопласт), представляющих собой ряд взаимных превращений одного вида пластиды в другой. Основной структурой которая осуществляет фотосинтетические процессы, является хлоропласт.
2.Обзор литературы:
2.1Происхождение хлоропласта.
Общепринятым в настоящее время является представление об эндосимбиотическом происхождении хлоропластов в клетках растений. Хорошо известно, что лишайники представляют собой форму сожительства (симбиоза) гриба и водоросли, при котором зеленые одноклеточные водоросли живут внутри клеток гриба. Предполагают, что таким же путем несколько миллиардов лет назад фотосинтезирующие цианобактерии (синезеленые водоросли) проникли в эукариотические клетки и затем в ходе эволюции потеряли свою автономность, передав большое число важнейших генов в ядерный геном. В результате независимая бактериальная клетка превратилась в полуавтономную органеллу, сохранившую главную исходную функцию - способность к фотосинтезу, однако формирование фотосинтетического аппарата оказалось под двойным ядерно-хлоропластным контролем. Под ядерный контроль перешли деление хлоропластов и сам процесс реализации его генетической информации, которая осуществляется в цепи событий ДНК РНК белок.
Неоспоримые доказательства прокариотического происхождения хлоропластов получены при анализе нуклеотидных последовательностей их ДНК. ДНК рибосомальных генов имеет высокую степень сродства (гомологию) у хлоропластов и бактерий. Сходная нуклеотидная последовательность обнаружена для цианобактерий и хлоропластов в генах АТФсинтазного комплекса, а также в генах аппарата транскрипции (гены субъединиц РНК-полимеразы) и трансляции. Регуляторные элементы хлоропластных генов - промоторы, локализованные в области 35-10 пар нуклеотидов до начала транскрипции, определяющие считку генетической информации, и терминальные нуклеотидные последовательности, определяющие ее прекращение, организованы в хлоропласте, как упоминалось выше, по бактериальному типу. И хотя миллиарды лет эволюции внесли массу изменений в хлоропласт, они не изменили нуклеотидную последовательность хлоропластных генов, и это является неоспоримым доказательством происхождения хлоропласта в зеленом растении от прокариотического предка, древнего предшественника современных цианобактерий.
2.2Развитие хлоропласта из пропластиды.
Хлоропласт развивается из пропластиды - маленькой бесцветной органеллы (несколько микрон в поперечнике), окруженной двойной мембраной и содержащей характерную для хлоропласта кольцевую молекулу ДНК. Пропластиды не имеют внутренней мембранной системы. Они плохо изучены ввиду их крайне малых размеров. Несколько пропластид содержится в цитоплазме яйцеклетки. Они делятся и передаются от клетки к клетке в ходе развития зародыша. Этим объясняется то обстоятельство, что генетические признаки, связанные с ДНК пластид, передаются только по материнской линии (так называемая цитоплазматическая наследственность).
В ходе развития хлоропласта из пропластиды внутренняя мембрана ее оболочки образует "впячивания" внутрь пластиды. Из них развиваются мембраны тилакоидов, которые создают стопки - граны и ламеллы стромы. В темноте пропластиды дают начало формированию предшественника хлоропласта (этиопласта), который содержит структуру, напоминающую кристаллическую решетку. При освещении эта структура разрушается и происходит формирование характерной для хлоропласта внутренней структуры, состоящей из тилакоидов гран и ламелл стромы.
В клетках меристемы содержится несколько пропластид. При формировании зеленого листа они делятся и превращаются в хлоропласты. Например, в клетке закончившего рост листа пшеницы содержится около 150 хлоропластов. В органах растений, запасающих крахмал, например в клубнях картофеля, крахмальные зерна формируются и накапливаются в пластидах, называемых амилопластами. Как выяснилось, амилопласты, как и хлоропласты, образуются из тех же пропластид и содержат такую же ДНК, как хлоропласты. Они формируются в результате дифференцировки пропластид по другому пути, чем у хлоропластов. Известны случаи превращения хлоропластов в амилопласты и наоборот. Например, часть амилопластов превращается в хлоропласты при позеленении клубней картофеля на свету.В ходе созревания плодов томатов и некоторых других растений, а также в лепестках цветков и осенних красных листьях хлоропласты превращаются в хромопласты - органеллы, содержащие оранжевые пигменты каротиноиды. Такое превращение связано с разрушением структуры тилакоидов гран и приобретением органеллой совершенно иной внутренней организации. Эту перестройку пластиде диктует ядро, и она осуществляется с помощью особых белков, кодируемых в ядре и синтезируемых в цитоплазме. Например, кодируемый в ядре 58 кДа полипептид, образующий комплекс с каротиноидами, составляет половину всего белка мембранных структур хромопласта. Так, на основе одной и той же собственной ДНК в результате ядерно-цитоплазматического влияния пропластида может развиваться в зеленый фотосинтезирующий хлоропласт, белый, содержащий крахмал амилопласт или оранжевый, заполненный каротиноидами хромопласт. Между ними возможны превращения. Это интересный пример различных путей дифференцировки органелл на основе одной и той же собственной ДНК, но под влиянием ядерно-цитоплазматического "диктата".
2.3Строение хлоропласта.
Хлоропласты - пластиды высших растений, в которых идет процесс фотосинтеза, т. е. использование энергии световых лучей для образования из неорганических веществ (углекислого газа и воды) органических веществ с одновременным выделением в атмосферу кислорода. Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, размер их около 4-6 мкм. Находятся они в паренхимных клетках листьев и других зеленых частей высших растений. Число их в клетке варьирует в пределах 25-50.
Снаружи хлоропласт покрыт оболочкой, состоящей из двух липопротеиновых мембран, внешней и внутренней. Обе мембраны имеют толщину около 7нм, они отделены друг от друга межмембранным пространством около 20-30нм. Внутренняя мембрана хлоропластов, как и других пластид образует складчатые впячивания внутрь матрикса или стромы. В зрелом хлоропласте высших растений видны два типа внутренних мембран. Это- мембраны, образующие плоские, протяженные ламеллы стромы, и мембраны тилакоидов, плоских дисковидных вакуолей или мешков.
Связь внутренней мембраны хлоропласта с мембранными структурами внутри него хорошо прослеживается на примере мембран ламелл стромы. В этом случае внутренняя мембрана хлоропласта образует узкую (шириной около 20нм.) складку, которая может простираться почти через всю пластиду. Таким образом, ламелла стромы может представлять собой плоский полый мешок или же иметь вид сети из разветвленных и связанных друг с другом каналов, располагающихся в одной плоскости. Обычно ламеллы стромы внутри хлоропласта лежат параллельно и не образуют связей между собой.
Кроме мембран стромы в хлоропластах обнаруживаются мембранные тилакоиды. Это плоские замкнутые мембранные мешки, имеющие форму диска. Величина межмембранного пространства у них также около 20-30нм. Такие тилакоиды образуют стопки наподобие столбика монет, называемые гранами. Число тилакоидов на одну грану варьирует: от нескольких штук до 50 и более. Размер таких стопок может достигать 0,5 мкм, поэтому граны видны в некоторых объектах в световом микроскопе. Количество гран в хлоропластах высших растений может достигать 40-60. Тилакоиды в гране сближены друг с другом так, что внешние слои их мембран тесно соединяются; в месте соединения мембран тилакоидов образуется плотный слой толщиной около 2нм. В состав граны кроме замкнутых камер тилакоидов обычно входят и участки ламелл, которые в местах контакта их мембран с мембранами тилакоидов тоже образуют плотные 2-нм слои. Ламеллы стромы, таким образом как бы связывают между собой отдельные граны хлоропластов. Однако полости камер тилакоидов всегда замкнуты и не переходят в камеры межмембранного пространства ламелл стромы.
В матриксе (строме) хлоропластов обнаруживаются молекулы ДНК, рибосомы; там же происходит первичное отложение запасного полисахарида, крахмала, в виде крахмальных зерен.
В хлоропластах содержатся различные пигменты. В зависимости от вида растений это:
хлорофилл:
Хлорофилл А (сине-зеленый) - 70 % (у высших растений и зеленых водорослей);
Хлорофилл В (желто-зеленый) - 30 % (там же);
Хлорофилл С, D и E встречается реже - у других групп водорослей;
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Фотосинтез – это процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода.
Краткое объяснение фотосинтезаВ процессе фотосинтеза участвуют:
1) хлоропласты,
3) углекислый газ,
5) температура.
У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах (полуавтономные органеллы) овальной формы, содержащих пигмент хлорофилл, благодаря зеленому цвету которого части растения также имеют зеленый цвет.
У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах (пигментсодержащие и светоотражающие клетки). У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда плохо доходит солнечный свет, имеются другие пигменты.
Если посмотреть на пищевую пирамиду всех живых существ, фотосинтезирующие организмы находятся в самом ее низу, в составе автотроф (организмов, синтезирующих органические вещества из неорганических). Поэтому они являются источником пищи для всего живого на планете.
При фотосинтезе кислород выделяется в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из него образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, благодаря чему жизнь смогла выйти из моря на сушу.
Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем без него. Это делает использование пищи гораздо более эффективным, что привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.
Более подробное описание процесса фотосинтеза растений
Ход фотосинтеза:
Процесс фотосинтеза начинается с попадания света на хлоропласты – внутриклеточные полуавтономные органеллы, содержащие зеленый пигмент. Под действием света хлоропласты начинают потреблять воду из почвы, расщепляя ее на водород и кислород.
Часть кислорода выделяется в атмосферу, другая часть идет на окислительные процессы в растении.
Сахар соединяется с поступающими из почвы азотом, серой и фосфором, таким путем зеленые растения производят крахмал, жиры, белки, витамины и другие сложные соединения, необходимые для их жизни.
Лучше всего фотосинтез идет под воздействием солнечного света, однако некоторые растения могут довольствоваться и искусственным освещением.
Сложное описание механизмов фотосинтеза для продвинутого читателя
До 60-ых годов 20 века ученым был известен только один механизм фиксации углекислого газа - по С3-пентозофосфатному пути. Однако недавно группа австралийских ученых смогла доказать, что у некоторых растений восстановление углекислого газа происходит по циклу C4-дикарбоновых кислот.
У растений с реакцией С3 фотосинтез наиболее активно происходит в условиях умеренной температуры и освещенности, в основном, в лесах и в темных местах. К таким растениям относятся почти все культурные растения и большая часть овощей. Они составляют основу рациона человека.
У растений с реакцией С4 фотосинтез наиболее активно происходит в условиях высоких температура и освещенности. К таким растениям относятся, например, кукуруза, сорго и сахарный тростник, которые произрастают в теплом и тропическом климате.
Сам метаболизм растений был обнаружен совсем недавно, когда удалось выяснить, что у некоторых растений, имеющих специальные ткани для запаса воды, углекислый газ накапливается в форме органических кислот и фиксируется в углеводах лишь спустя сутки. Такой механизм помогает растениям экономить запасы воды.
Как происходит процесс фотосинтеза
Растение поглощает свет при помощи зеленого вещества, которое называется хлорофилл. Хлорофилл содержится в хлоропластах, которые находятся в стеблях или плодах. Особенно большое их количество в листьях, потому что из-за своей очень плоской структуры листок может притянуть много света, соответственно, получить намного больше энергии для процесса фотосинтеза.
После поглощения хлорофилл находится в возбужденном состоянии и передает энергию другим молекулам организма растения, особенно, тем, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Второй этап процесса фотосинтеза проходит уже без обязательного участия света и состоит в получении химической связи с участием углекислого газа, получаемого из воздуха и воды. На данной стадии синтезируются разные очень полезные для жизнедеятельности вещества, такие как крахмал и глюкоза.
Эти органические вещества используют сами растения для питания разных его частей, а также для поддержания нормальной жизнедеятельности. Кроме того, эти вещества также получают и животные, питаясь растениями. Люди тоже получают эти вещества, употребляя в пищу продукты животного и растительного происхождения.
Условия для фотосинтеза
Фотосинтез может происходить как под действием искусственного света, так и солнечного. Как правило, на природе растения интенсивно «работают» в весенне-летний период, когда необходимого солнечного света много. Осенью света меньше, день укорачивается, листья сначала желтеют, а потом опадают. Но стоит появиться весеннему теплому солнцу, как зеленая листва вновь появляется и зеленые «фабрики» снова возобновят свою работу, чтобы давать кислород, такой необходимый для жизни, а также множество других питательных веществ.
Альтернативное определение фотосинтеза
Фотоси́нтез (от др.-греч. фот- свет и синтез - соединение, складывание, связывание, синтез) - процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ на свету фотоавтотрофами при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция - совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.
Фазы фотосинтеза
Фотосинтез – процесс довольно сложный и включает две фазы: световую, которая всегда происходит исключительно на свету, и темновую. Все процессы происходят внури хлоропластов на особых маленьких органах - тилакодиах. В ходе световой фазы хлорофиллом поглощается квант света, в результате чего образуются молекулы АТФ и НАДФН. Вода при этом распадается, образуя ионы водорода и выделяя молекулу кислорода. Возникает вопрос, что это за непонятные загадочные вещества: АТФ и НАДН?
АТФ – это особые органические молекулы, которые имеются у всех живых организмов, их часто называют «энергетической» валютой. Именно эти молекулы содержат высокоэнергетические связи и являются источником энергии при любых органических синтезах и химических процессах в организме. Ну, а НАДФН – это собственно источник водорода, используется непосредственно при синтезе высокомолекулярных органических веществ - углеводов, который происходит во второй, темновой фазе фотосинтеза с использованием углекислого газа.
Cветовая фаза фотосинтеза
В хлоропластах содержится очень много молекул хлорофилла, и все они поглощают солнечный свет. Одновременно свет поглощается и другими пигментами, но они не умеют осуществлять фотосинтез. Сам процесс происходит лишь только в некоторых молекулах хлорофилла, которых совсем немного. Другие же молекулы хлорофилла, каротиноидов и других веществ образуют особые антенные, а также светособирающие комплексы (ССК). Они, как антенны, поглощают кванты света и передают возбуждение в особые реакционные центры или ловушки. Эти центры находятся в фотосистемах, которых у растений две: фотосистема II и фотосистема I. В них имеются особые молекулы хлорофилла: соответственно в фотосистеме II - P680, а в фотосистеме I - P700. Они поглощают свет именно такой длины волны(680 и 700 нм).
По схеме более понятно, как все выглядит и происходит во время световой фазы фотосинтеза.
На рисунке мы видим две фотосистемы с хлорофиллами Р680 и Р700. Также на рисунке показаны переносчики, по которым происходит транспорт электронов.
Итак: обе молекулы хлорофилла двух фотосистем поглощают квант света и возбуждаются. Электрон е- (на рисунке красный) у них переходит на более высокий энергетический уровень.
Возбужденные электроны обладает очень высокой энергией, они отрываются и поступают в особую цепь переносчиков, которая находится в мембранах тилакоидов – внутренних структур хлоропластов. По рисунку видно, что из фотосистемы II от хлорофилла Р680 электрон переходит к пластохинону, а из фотосистемы I от хлорофилла Р700 – к ферредоксину. В самих молекулах хлорофилла на месте электронов после их отрыва образуются синие дырки с положительным зарядом. Что делать?
Чтобы восполнить недостачу электрона молекула хлорофилла Р680 фотосистемы II принимает электроны от воды, при этом образуются ионы водорода. Кроме того, именно за счет распада воды образуется выделяющийся в атмосферу кислород. А молекула хлорофилла Р700, как видно из рисунка, восполняет недостачу электронов через систему переносчиков от фотосистемы II.
В общем, как бы ни было сложно, именно так протекает световая фаза фотосинтеза, ее главная суть заключается в переносе электронов. Также по рисунку можно заметить, что параллельно транспорту электронов происходит перемещение ионов водорода Н+ через мембрану, и они накапливаются внутри тилакоида. Так как их там становится очень много, они перемещаются наружу с помощью особого сопрягающего фактора, который на рисунке оранжевого цвета, изображен справа и похож на гриб.
В завершении мы видим конечный этап транспорта электрона, результатом которого является образование вышеупомянутого соединения НАДН. А за счет переноса ионов Н+ синтезируется энергетическая валюта – АТФ (на рисунке видно справа).
Итак, световая фаза фотосинтеза завершена, в атмосферу выделился кислород, образовались АТФ и НАДН. А что же дальше? Где обещанная органика? А дальше наступает темновая стадия, которая заключается, главным образом, в химических процессах.
Темновая фаза фотосинтеза
Для темновой фазы фотосинтеза обязательным компонентом является углекислый газ – СО2. Поэтому растение должно постоянно его поглощать из атмосферы. Для этой цели на поверхности листа имеются специальные структуры – устьица. Когда они открываются, СО2 поступает именно внутрь листа, растворяется в воде и вступает в реакцию световой фазы фотосинтеза.
В ходе световой фазы у большинства растений СО2 связывается с пятиуглеродным органическим соединением (которое представляет собой цепочку из пяти молекул углерода), в результате чего образуются две молекулы трехуглеродного соединения (3-фосфоглицериновая кислота). Т.к. первичным результатом являются именно эти трехуглеродные соединения, растения с таким типом фотосинтеза получили название С3-растений.
Дальнейший синтез в хлоропластах происходит довольно сложно. В его конечном итоге образуется шестиуглеродное соединение, из которого в дальнейшем могут синтезироваться глюкоза, сахароза или крахмал. В виде этих органических веществ растение накапливает энергию. При этом в листе остается только небольшая их часть, которая используется для его нужд, в то время как остальные углеводы путешествуют по всему растению, поступая туда, где больше всего нужна энергия - например, в точки роста.