Строение хлорофилла
ОБРАЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМАХ (Фотосинтез)
Определение
Происходящий за счет световой энергии процесс усвоения диоксида углерода зеленым растением и образования органического вещества получил название фотосинтеза. Этот процесс – основной источник органических соединений на нашей планете. В процессе фотосинтеза СО2 под влиянием солнечного света, поглощенного хлорофиллом, восстанавливается до гексозы и выделяется свободный кислород.
Суммарное уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:
Количество световой энергии, затрачиваемой при фотосинтезе на образование одного моля гексозы, равно 2870 кДж (при дыхании эта энергия выделяется).
2. Значение фотосинтеза:
2.1 Является основным источником кислорода на нашей планете.
2.2 В результате фотосинтеза образуются все органические соединения: углеводы, белки, липиды и т.д.
2.3 В продуктах фотосинтеза накапливается огромное количество энергии. Ежегодно в результате фотосинтеза усваивается из атмосферы 3,5×1011 т диоксида углерода, выделяется в атмосферу 2,5×1011 т кислорода и образуется 2,3×1011 т органических веществ (в пересчете на сухое вещество).
2.4 Утилизирует диоксид углерода, предотвращая быстрое развитие парникового эффекта.
Фотосинтез свойственен не только зеленным растениям, но и низшим эукаротическим формам, таким, как водоросли. Обладают способностью к фотосинтезу и некоторые прокариоты (например цианобактерии и некоторые другие). Не менее половины всего фотосинтеза на Земле протекают в морях, озерах и реках, где его осуществляют множество самых разнообразных микроорганизмов, составляющих фитопланктон.
|
|
|
Фотосинтезирующие организмы можно подразделить на два класса:
1. Образующие кислород – зеленые клетки листьев высших растений;
2. Не образующие кислород – фотосинтезирующие бактерии (за исключением цианобактерии).
Зеленые растения для восстановления СО2 используют в качестве донора водорода воду и при этом выделяется кислород (оксигенный процесс):
nН2О + nСО2 (СН2О)n + nО2,
где n – обычно считают равным 6, т.к. конечным продуктом восстановления СО2 является гексоза – С6Н12О6.
Фотосинтезирующие бактерии в качестве доноров водорода используют или неорганические соединения, например сероводород (H2S), или органические, например лактат (аноксигенный процесс):
2Н2S + СО2 (СН2О) + Н2О + 2S
 |
В последствии было также установлено, что молекулярный кислород, образующийся в процессе фотосинтеза растений, образуется целиком из воды.
Строение хлорофилла
Фотосинтез у высших зеленых растений протекает в специализированных внутриклеточных органеллах — хлоропластах, способных доставлять энергию для метаболических процессов только в дневные часы.
|
|
|
Среди светособирающих первостепенная роль принадлежит двум молекулярным формам хлорофилла – а и b (рис. 1).
Рис. 1. Строение хлорофиллов a и b
В молекуле хлорофилла, присутствующего в хлоропластах клеток зеленых растений, содержится четыре пирольных кольца (I—IV), одно из которых (IV) находится в восстановленной форме. Имеется еще и V непирольное кольцо. Длинная изопреноидная боковая цепь в молекуле хлорофилла представляет собой остаток спирта фитола С20Н39ОН — производного ненасыщенного углеводорода изопрена, который присоединен сложноэфирной связью к карбоксильной группе заместителя в кольце IV. Четыре центральных атома азота в молекуле хлорофилла координационно связаны с ионом Мg2+ двумя основными и двумя наведенными дополнительными валентностями.
По своей химической природе хлорофилл представляет собой сложный эфир двухосновной кислоты и двух спиртов — метилового и фитола. Остаток фитола придает молекуле хлорофилла липидные свойства и обеспечивает закрепление и ориентацию его в природной тилакоидной мембране хлоропласта.
|
|
|
Хлорофилл при гидролизе омыляется с образованием щелочных солей хлорофилла и спиртов. При действии слабых кислот ион магния вытесняется из центра порфиринового ядра и замещается водородом. В результате образуется соединение бурого цвета, которое называется феофитином.
В фотосинтезирующих клетках высших растений всегда присутствуют хлорофиллы нескольких типов, важнейшие из которых хлорофиллы а (С55Н72О5N4Mg) и b (С55Н70О6N4Мg), отличающиеся только тем, что у хлорофилла b вместо метильной в кольце II содержится формильная группа (О=С—Н). Хотя хлорофиллы а и b окрашены в зеленый цвет, их спектры поглощения несколько различаются. У большей части высших зеленых растений количество хлорофилла а примерно вдвое превышает количество хлорофилла b.
Относительное содержание хлорофиллов и каротиноидов у разных видов растений заметно варьирует. Именно от их соотношения зависит характерная окраска фотосинтезирующих клеток. Содержание хлорофилла на сухой вес растения составляет примерно 1%.
Система из пяти колец, образующая кольцо больших размеров вокруг атома Мg2+, придает молекуле способность поглощать свет. Атом магния собирает молекулы хлорофилла в ассоциации, что облегчает более полное улавливание света.
|
|
|
В тилакоидных мембранах хлоропластов кроме хлорофилла присутствуют также и вспомогательные светопоглощающие пигменты – каротиноиды, окрашенные в желтый, оранжевый или красный цвет. Среди них наиболее важные – красный пигмент b-каротин (провитамин А) и желтый пигмент ксантофилл, или лутеин. Он является главным ксантофиллом листьев.
Каротиноиды поглощают свет в ином диапазоне, нежели хлорофиллы, поэтому они функционируют как световые рецепторы, дополняющие хлорофиллы.
Химизм фотосинтеза
Фотосинтез включает две фазы:
4.1 Световую;
4.2 Темновую.
Первая (световая фаза) объединяет световые реакции, идущие только тогда, когда растение освещено, темновая — только темновые реакции, не требующие света.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!