Фотосинтез

газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

поступает в лист через устьица. К верхней стороне листа прилегает

палисадная ткань, клетки которой богаты хлоропластом. Чтобы процесс фотосинтеза проходил непрерывно, клетки должны быть достаточно насыщенны водой, устьица регулируют этот процесс.

Строение листа растения.
1 — клетки верхнего эпидермиса; 2 — клетки нижнего эпидермиса; 3 — клетки столбчатой паренхимы; 4 — клетки губчатой паренхимы; 5 — замыкающие клетки устьиц, щель между каждой их парой — просвет устьица; 6 — кутикула, покрывающая слой как верхнего, так и нижнего эпидермиса; 7 — межклеточные пространства.

вылепленный, образованный), внутриклеточные органеллы растительной клетки — пластиды, в которых

осуществляется фотосинтез. Окрашены в зелёный цвет благодаря присутствию в них основного пигмента фотосинтеза — хлорофилла. Основная функция Хлоропластов улавливание и преобразование световой энергии,

- зеленый и phyllon -лист) — зелёный пигмент, обусловливающий окраску

растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. По химическому строению хлорофиллы — магниевые комплексы различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему.

высшими растениями. Идентифицировано около 600 каротиноидов. Они имеют преимущественно жёлтый,

оранжевый или красный цвет, по строению это циклические или ациклические изопреноиды.


Каротины включают две основных группы структурно близких веществ:
каротины
ксантофиллы

и другие растворимые в жирах пигменты.

пигмент, непредельный углеводород из группы каротиноидов.

Эмпирическая формула С40H56. Нерастворим в

воде, но растворяется в органических растворителях. Содержится в листьях всех растений, а также в корне моркови, плодах шиповника и др. Является провитамином витамина А. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е160a.

Различают две формы каротина α-каротин и β-каротин. β-каротин встречается в желтых, оранжевых и зеленых листьях фруктов и овощей. Например в шпинате, салате, томатах, батате и других.

α-каротин

β-каротин

входит в состав хлорофилла; легко уединяется при встряхивании спиртового раствора

хлорофилла с бензином, оставаясь в нижнем, спиртовом слое, между тем как зелёный пигмент и жёлтый — каротин — переходят в бензин. В спектре поглощения ксантофилла характерны три полосы поглощения в сине-фиолетовой части.

лат. bilis – жёлчь), пигменты красных и синезелёных водорослей (фикоэритрины

– красные, фикоцианины – синие); белки из группы хромопротеидов, в состав небелковой части которых входят хромофоры билины – аналоги жёлчных кислот. Маскируют цвет основного пигмента фотосинтеза – хлорофилла. Выделены в кристаллическом виде. Аминокислоты в Ф. составляют 85%, углеводы – 5%, хромофоры – 4–5%. Общее содержание Ф. в водорослях достигает 20% (на сухую массу). Локализованы Ф. в клетке в особых частицах – фикобилисомах. Поглощают кванты света в жёлто-зелёной области спектра. Участвуют в фотосинтезе в качестве сопровождающих пигментов, доставляя поглощённую энергию света к фотохимически активным молекулам хлорофилла. Нередко Ф. называют небелковую (хромофорную) часть этих пигментов.

липофильных природных фенольных соединений. Представляют собой гетероциклические кислородсодержащие соединения преимущественно

желтого, оранжевого, красного цвета. Они принадлежат к соединениям С6-С3-С6 ряда — в их молекулах имеются два бензольных ядра, соединенных друг с другом трехуглеродным фрагментом. Большинство флавоноидов можно рассматривать как производные хромана или флавона. Флавоноиды играют важную роль в растительном метаболизме и очень широко распространены в высших растениях. Они принимают участие в фотосинтезе, образовании лигнина и суберина.

Структура флавонов

идущую только на свету, и темновую, которая идет как в

темноте, так и на свету.

2) восстановление НАДФ в НАДФН; 3) фотолиз воды, который поставляет

электроны для фотосистем I и II; 4) фотолиз воды ведет также к образованию кислорода, который не используется в фотосинтезе (но в отсутствие света служит для окисления органических веществ - углеводов, жиров). В этом основной результат световой фазы фотосинтеза. В темновой фазе фотосинтеза за счет энергии АТФ и восстанавливающей силы НАДФ-Н из углекислого газа (CO2) атмосферы синтезируется глюкоза. Эти процессы также идут при освещении растений, но могут происходить и в темноте, если в клетки вводят АТФ и НАДФН. По этой причине описанный этап фотосинтеза назван темновой фазой. Вверху (слева направо): клетки листа (выделено кружочком), хлоропласт с гранами, хлорофилл в гранах.

< 10 (-5) сек
Протекают на мембранах
Темновые реакции:
Не зависят от света
Зависят

от температуры
Медленные ~ 10 (-2) сек
Протекают в строме Хл

мембранах расположены молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Эта

энергия используется на синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты и способствуют расщеплению молекул воды: 2H20=4H++4+O2. Образующийся при этом кислород выделяется в окружающую среду. В результате фотолиза образуются:
Электроны, заполняющие "дырки" в молекулах хлорофилла.
Протоны H+, которые соединяются с веществом НАДФ+ - переносчиком ионов водорода и электронов и восстанавливают его до НАДФ•Н.
Молекулярный кислород, который выделяется в окружающую среду.

Таким образом, в результате световой фазы фотосинтеза восстанавливается НАДФ+ и образуется НАДФ•Н, синтезируется АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, выделяется молекулярный кислород. АТФ и НАДФ•H используются в реакциях темновой фазы фотосинтеза.

системы
2. Преобразование энергии света в «биологическую энергию»

молекулах АТФ, используется на синтез глюкозы и других органических веществ.

Глюкоза образуется при восстановлении углекислого газа - СО2; с участием протонов воды и НАДФ•Н.
В молекуле углекислого газа содержится один атом углерода, а в молекуле глюкозы их шесть (C6H12O6).

Углекислота, проникающая в лист из воздуха, вначале присоединяется к органическому веществу, состоящему из пяти углеродных атомов. При этом образуется очень непрочное шестиуглеродное соединение, которое быстро расщепляется на две трехуглеродные молекулы. В результате ряда реакций из двух трехуглеродных молекул образуется одна шестиуглеродная молекула глюкозы. Этот процесс включает ряд последовательных ферментативных реакций с использованием энергии, заключенной в АТФ. Молекулы НАДФ•Н; поставляют ионы водорода, необходимые для восстановления углекислого газа.

Таким образом, в темновой фазе фотосинтеза в результате ряда ферментативных реакций происходит восстановление углекислого газа водородом воды до глюкозы.

как цикл Кальвина. Цикл Кальвина - не единственный путь фиксации

углерода в темновых реакциях. У некоторых растений первый продукт фиксации СО2 - не трехуглеродная молекула 3-глицерофосфата, а четырехуглеродное соединение - оксалоацетат. Отсюда этот путь фотосинтеза получил название С4-пути (С4-растения). Оксалоацетат затем быстро превращается либо в малат, либо в аспартат, которые переносят СО2 к РБФ цикла Кальвина . Существует особая анатомическая структура в мезофиле листа ( кранц-структура ), сопряженная с С4-путем фотосинтеза. У С4-растений цикл Кальвина осуществляется по преимуществу в клетках обкладок проводящих пучков, а С4-путь - в клетках мезофилла . Иначе говоря, С4-растения используют оба пути фотосинтеза, но они в пределах одного растения пространственно разделены. С4-растения более экономно утилизируют СО2, чем С3-растения, отчасти благодаря тому, что фосфоенолпируваткарбоксилаза не ингибируется О2 и, таким образом, С4-растения обладают способностью поглощать СО2 с минимальной потерей воды. Кроме того, у С4-растений практически отсутствует фотодыхание - процесс выделения СО2 и поглощения О2 на свету.

Суммарное уравнение синтеза глюкозы в ходе цикла Кальвина можно записать следующим образом:

6СО2+12NADН2+18АТФ-+С6Н12О6+12NAD+18АДФ+18Ф+6Н2О.

не трехуглеродная молекула 3-глицерофосфата, а четырехуглеродное соединение - оксалоацетат. Отсюда

этот путь фотосинтеза получил название С4-пути. Оксалоацетат затем быстро превращается либо в малат, либо в аспартат, которые переносят СО2 к РБФ цикла Кальвина . Существует особая анатомическая структура в мезофиле листа ( кранц-структура ), сопряженная с С4-путем фотосинтеза. У С4-растений цикл Кальвина осуществляется по преимуществу в клетках обкладок проводящих пучков, а С4-путь - в клетках мезофилла . Иначе говоря, С4-растения используют оба пути фотосинтеза, но они в пределах одного растения пространственно разделены. С4-растения более экономно утилизируют СО2, чем С3-растения, отчасти благодаря тому, что фосфоенолпируваткарбоксилаза не ингибируется О2 и, таким образом, С4-растения обладают способностью поглощать СО2 с минимальной потерей воды. Кроме того, у С4-растений практически отсутствует фотодыхание - процесс выделения СО2 и поглощения О2 на свету.

С4-растения известны среди 19 семейств цветковых. Однако практически все С4-растения адаптированы к высокой инсоляции, повышенным температурам и засухе. Оптимальная температура для роста и развития таких растений выше, чем у С3-растений; С4-растения процветают даже при температурах, которые губительны для многих С3-видов.

к-рая может использоваться растениями для фотосинтеза. Соответствует полосе видимого света

и составляет ок. 50% от суммарной энергии солнечного излучения.

максимум: 480 нм
Хлорофиллы:
в красной области спектра 640-700 нм
в

синей - 400-450 нм

на определённой территории. В городах они выполняют ряд функций, способствующих

созданию оптимальных условий для труда и отдыха жителей города, основные из которых — оздоровление воздушного бассейна города и улучшение его микроклимата. Этому способствуют следующие свойства зелёных насаждений:
поглощение углекислого газа и выделение кислорода в ходе фотосинтеза;
понижение температуры воздуха за счёт испарения влаги;
снижение уровня шума;
снижение уровня загрязнения воздуха пылью и газами;
защита от ветров;
выделение растениями фитонцидов — летучих веществ, убивающих болезнетворные микробы;
положительное влияние на нервную систему человека.

скверы, бульвары);
ограниченного пользования (внутри жилых кварталов, на территории школ, больниц,

других учреждений);
специального назначения (питомники, санитарно-защитные насаждения,
кладбища и т. д.).

Норма зелёных насаждений общего пользования для крупных городов — 21 м² на одного человека.

Лиственные насаждения