Реферати

Доповідь: Фотосинтез

загрузка...

Біржові площадки Росії. Фондова біржа як організований ринок для торгівлі стандартними фінансовими інструментами. Характеристика основних біржових площадок Росії. Історія й особливості режиму біржової торгівлі на Московській міжбанківській валютній біржі і біржовому ринку РТС.

Традиційна танцювальна культура астраханських татар. Етнографічний^-історико-етнографічні особливості астраханських татар: звичаї й обряди, побут і національні костюми, музична культура. Паспорт сценічно обробленого танцю з піалами і "Ак Шатир". Сучасний стан етнотериторіальної групи татарської нації.

Розвиток польських земель у 60-і рр. XIX в. - 1914 м. Економічний розвиток польських земель у 60-і. Демографічні і соціальні процеси в польських землях на початку ХХ в. Революція в Царстві Польському. Основні риси розвитку польської культури. Культура, наука й утворення наприкінці XIX - початку ХХ в.

Завантаження транспортного засобу. Розрахунок сформованого одиничного вантажного місця, оцінка його оптимальності і методи маркірування. Визначення навантажень на осі і зчіпний пристрій транспортного засобу. Проведення корекції ваг при перевищенні одного з обмежень по масі.

Рішення питань заощадження здоров'я населення Російської Федерації. Демографічна проблема Росії: смертність росте щорічно і перевищує народжуваність, що приводить до зменшення численност населення. Здоров'я населення залежить від стану навколишнього середовища, харчування, промишенной діяльності й інших факторів.

загрузка...

Рослини перетворюють сонячне світло в запасену хімічну енергію в два етапи: спочатку вони вловлюють енергію сонячного світла, а потім використовують її для скріплення вуглеводу з утворенням органічних молекул.

Зелені рослини - біологи називають їх автотрофами - основа життя на планеті. З рослин починаються практично всі харчові ланцюги. Вони перетворюють енергію, падаючу на них в формі сонячного світла, в енергію, запасену у вуглеводах (див. Біологічні молекули), з яких важливіше всього шестиуглеродний цукор глюкоза. Цей процес перетворення енергії називається фотосинтезом. Інші живі організми отримують доступ до цієї енергії, поїдаючи рослини. Так створюється харчовий ланцюг, підтримуючий планетарну екосистему.

Крім того, повітря, яким ми дишемо, завдяки фотосинтезу насичується киснем. Сумарне рівняння фотосинтезу виглядає так:

вода + вуглекислий газ + світло - > вуглеводи + кисень

Рослини поглинають вуглекислий газ, що утворився при диханні, і виділяють кисень - продукт життєдіяльності рослин (див. Гліколіз і дихання). До того ж, фотосинтез грає найважливішу роль в кругообігу вуглеводу в природі.

Здається дивним, що при всій важливості фотосинтезу вчені так довго не приступали до його вивчення. Після експерименту Ван-Гельмонта, поставленого в XVII віці, наступило затишшя, і лише в 1905 році англійський фізіолог рослин Фредерік Блекман (Frederick Blackman, 1866-1947) провів дослідження і встановив основні процеси фотосинтезу. Він показав, що фотосинтез починається при слабому освітленні, що швидкість фотосинтезу зростає із збільшенням світлового потоку, але, починаючи з певного рівня, подальше посилення освітлення вже не приводить до підвищення активності фотосинтезу. Блекман показав, що підвищення температури при слабому освітленні не впливає на швидкість фотосинтезу, але при одночасному підвищенні температури і освітлення швидкість фотосинтезу зростає значно більше, ніж при одному лише посиленні освітлення.

На основі цих експериментів Блекман уклав, що відбуваються два процеси: один з них значною мірою залежить від рівня освітлення, але не від температури, тоді як другий сильно визначається температурою незалежно від рівня світла. Це осяяння лягло в основу сучасних уявлень про фотосинтез. Два процеси іноді називають «світловою» і «темновой» реакцією, що не цілком коректно, оскільки виявилося, що, хоч реакції «темновой» фази йдуть і у відсутності світла, для них необхідні продукти «світлової» фази.

Фотосинтез починається з того, що фотони, що випромінюються сонцем попадають в особливі пігментні молекули, що знаходяться в листі, - молекули хлорофілу. Хлорофіл міститься в клітках листа, в мембранах клітинних органелл хлоропластов (саме вони додають листу зелене забарвлення). Процес уловлювання енергії складається з двох етапів і здійснюється в роздільних кластерах молекул - ці кластери прийнято називати Фотосистемой I і Фотосистемой II. Номери кластерів відображають порядок, в якому ці процеси були відкриті, і це одне із забавних наукових дивацтв, оскільки в листі спочатку відбуваються реакції в Фотосистеме II, і лише потім - в Фотосистеме I.

Коли фотон стикається з 250-400 молекулами Фотосистеми II, енергія стрибкоподібно зростає і передається на молекулу хлорофілу. У цей момент відбуваються дві хімічні реакції: молекула хлорофілу втрачає два електрони (які приймає інша молекула, звана акцептором електронів) і розщіплюватися молекула води. Електрони двох атомів водня, що входили в молекулу води, відшкодовують два втрачених хлорофілом електрона.

Після цього високоенергетический («швидкий») електрон перекидають один одному, як гарячу картоплину, зібрані в ланцюжок молекулярні переносчики. При цьому частина енергії йде на утворення молекули аденозинтрифосфата (АТФ), одного з основних переносчиков енергії в клітці (див. Біологічні молекули). Тим часом трохи інша молекула хлорофілу Фотосистеми I поглинає енергію фотона і віддає електрон інший молекулі-акцептору. Цей електрон заміняється в хлорофілі електроном, прибулим по ланцюгу переносчиков з Фотосистеми II. Енергія електрона з Фотосистеми I і іони водня, що утворилися раніше при розщепленні молекули води, йдуть на освіту НАДФ-Н, іншої молекули-переносчика.

Внаслідок процесу уловлювання світла енергія двох фотонів запасається в молекулах, що використовуються кліткою для здійснення реакцій, і додатково утвориться одна молекула кисня. (Відмічу, що внаслідок ще одного, значно менш ефективного процесу з участю однієї лише Фотосистеми I, також утворяться молекули АТФ.) Після того як сонячна енергія поглинена і запасена, наступає черга утворення вуглеводів. Основний механізм синтезу вуглеводів в рослинах був відкритий Мелвіном Калвіном, що проробив в 1940-е роки серію експериментів, що стали вже класичними. Калвин і його співробітники вирощували водорість в присутності вуглекислого газу, вмісного радіоактивний вуглевод-14. Їм вдалося встановити хімічні реакції темновой фази, перериваючи фотосинтез на різних стадіях.

Цикл перетворення сонячної енергії у вуглеводи - так званий цикл Калвіна - схожий з циклом Кребса (див. Гліколіз і дихання): він також складається з серії хімічних реакцій, які починаються із з'єднання вхідної молекули з молекулою-«помічником» з подальшою ініціація інших хімічних реакцій. Ці реакції приводять до утворення кінцевого продукту і одночасно відтворюють молекулу-«помічника», і цикл починається знову. У цикле Калвіна роль такої молекули-«помічника» виконує пятиуглеродний цукор рибулозодифосфат (РДФ). Цикл Калвіна починається з того, що молекули вуглекислого газу сполучаються з РДФ. За рахунок енергії сонячного світла, запасеної в формі АТФ і НАДФ-Н, спочатку відбуваються хімічні реакції скріплення вуглеводу з утворенням вуглеводів, а потім - реакції відтворення рибулозодифосфата. На шести витках циклу шість атомів вуглеводу включаються в молекули попередників глюкози і інших вуглеводів. Цей цикл хімічних реакцій буде продовжуватися доти, поки поступає енергія. Завдяки цьому циклу енергія сонячного світла стає доступною живим організмам.

У більшості рослин здійснюється описаний вище цикл Калвіна, в якому вуглекислий газ, безпосередньо беручи участь в реакціях, зв'язується з рибулозодифосфатом. Ці рослини називаються C3-рослинами, оскільки комплекс «вуглекислий газ-рибулозодифосфат» розщіплюватися на дві молекули меншого розміру, кожна з яких складається з трьох атомів вуглеводу. У деяких рослин (наприклад, у кукурудзи і цукрової тростини, а також у багатьох тропічних трав, включаючи повзучий бур'ян) цикл здійснюється по-іншому. Справа в тому, що вуглекислий газ в нормі проникає через отвори в поверхні листа, звані устьицами. При високих температурах устьица закриваються, захищаючи рослину від надмірної втрати вологи. У C3-рослини при закритих устьицах припиняється і надходження вуглекислого газу, що приводить до уповільнення фотосинтезу і зміни фотосинтетических реакцій. У разі ж кукурудзи вуглекислий газ приєднується до трехуглеродной молекули на поверхні листа, потім переноситься у внутрішні дільниці листа, де вуглекислий газ вивільняється і починається цикл Калвіна. Завдяки цьому досить складному процесу фотосинтез у кукурудзи здійснюється навіть в дуже жарку, суху погоду. Рослини, в яких відбувається такий процес, ми називаємо C4-рослинами, оскільки вуглекислий газ на початку циклу транспортується в складі четирехуглеродной молекули. C3-рослини - це в основному рослини помірного клімату, а C4-рослини в основному виростають в тропіках.

Гіпотеза Ван Ніля

Процес фотосинтезу описується наступною хімічною реакцією:

СО2 + Н2О + світло - > вуглевод + О2

На початку XX століття вважалося, що кисень, що виділяється в процесі фотосинтезу, утвориться внаслідок розщеплення вуглекислого газу. Цю точку зору спростував в 1930-е роки Корнеліс Бернардус Ван Ніль (Van Niel, 1897-1986), в той час аспірант Стенфордського університету в штаті Каліфорнія. Він займався вивченням пурпурної серобактерії (на фото), яка має потребу для здійснення фотосинтезу в сірководні (H2S) і виділяє як побічний продукт життєдіяльності атомарну сірку. Для таких бактерій рівняння фотосинтезу виглядає таким чином: СО2 + Н2S + світло - > вуглевод + 2S.

Виходячи з схожості цих двох процесів, Ван Ніль передбачив, що при звичайному фотосинтезі джерелом кисня є не вуглекислий газ, а вода, оскільки у серобактерий, в метаболізмі яких замість кисня бере участь сірка, фотосинтез повертає цю сірку, що є побічним продуктом реакцій фотосинтезу. Сучасне докладне пояснення фотосинтезу підтверджує цю здогадку: першою стадією процесу фотосинтезу (здійснюваної в Фотосистеме II) є розщеплення молекули води.

Мелвин КАЛВИН

Melvin Calvin, 1911-97

Американський біолог. Народився в м. Сент-Підлога, штат Міннесота, в сім'ї виходців з Росії. У 1931 році отримав ступінь бакалавра в області хімії в Мічиганськом коледжі гірництва і технології, а в 1935 році - міра доктора хімії в університеті штату Міннесота. Двома роками пізніше за Калвін почав працювати в Каліфорнійськом університеті в Берклі і в 1948 році став професором; за рік до цього був призначений директором відділу биоорганики в Радіаційній лабораторії Лоренса в Берклі, де використав технологічні досягнення військових досліджень часів Другої світової війни, наприклад нові методи хроматографії, для вивчення темновой фази фотосинтезу. У 1961 році Калвін був удостоєний Нобелівській премії в області хімії.

загрузка...