uabooks.top

Idézzétek fel! Mi a fotoszintézis? A prokarióták mely csoportjai képesek a fotoszintézisre? Mi az ATP-szintetáz? Mik a funkciói? Hogyan zajlik az aerob eukarióták energiacseréje? Mi a kemoszintézis?

A szénhidrátok bioszintézise fontos helyet foglal el az anabolikus reakciók között. A szénhidrátok többsége, pontosabban a glükóz, az autotróf szervezetekben szervetlen vegyületekből szintetizálódik. A heterotróf szervezetek sejtjeiben a szénhidrátok korlátozott mennyiségben más szerves vegyületekből, főleg a fehérjék és a lipidek bomlástermékeiből szintetizálódnak. A poliszacharidok minden szervezetben enzimatikus reakciók során szintetizálódnak monoszacharidokból.

A fotoszintézis - a szerves ve-gyületek szervetlenekből történő képződésének, és a fényenergiának a keletkező szénhidrátok kémiai kötéseiben történő átalakulásának folyamata. A fotoszintézis két szakaszban zajlik - a fény- (a fényt igénylő reakciók fény jelenlétében zajlanak) és a sötét (fényt nem igénylő reakciók) szakaszban. Ez a katabolizmus (helyette lehet felépítő folyamatok) (ATP molekula szintézis a fényszakaszba) és az anabolizmus (helyette lebontó folyamatok) (energia felhasználásával járó glükóz szintézis) reakcióit egyesíti.

A növények és egyes egysejtű állatok sejtjeinek kloroplasztiszaiban (21.1. ábra) zajlik, ahol fotoszintetikus pigment - klorofill található. Ennek szerkezete a hemoglobin hemjére emlékeztet, de a vas atom helyett a molekula középpontjában egy másik két vegyértékű fématom, a magnézium, található.

A klorofill több típusa ismert: klorofill-a (kötelező), klorofill-b (a zöld növényekben van), klorofill-c(a kova és a barna moszatokban), klorofill-d ( a vörös moszatok-ban). A klrofillokon kívül a tilakoidok membránjai még kiegészítő pigmenteket - piros vagy sárga színű - karotinoidokat is tartalmaznak.

A fotoszintézis oxidáló-redukáló reakciók sorozatán alapul, amelyek a szerves vegyületek szervetlenekből való keletkezésén és a molekuláris oxigénnek a légkörbe való kijutásán alapul(a ciánobaktériumok és a bíborkén baktériumok kivételével). Két egymással ellentétes folyamatot foglal magába - a fényenergiának a makroerg kötésekben való akkumulálását(energiacsere) és a C0₂ fény nélküli megkötését, a szerves vegyületek szintézisét, amelyre ez az energia elhasználódik (21.2. ábra).

A zöld növények és a ciánobaktériumok fotoszintézisében a tilakoidok membránjaiban lokalizált két fotonrendszer - az első és a második - vesz részt. (21.2, a, b).

Fotokémiai rendszernek (fotorendszernek) nevezzük az a szerkezeti egységet, amely a fotoszintézis folyamataiban részt vevő pigmentekből és más molekulákból áll. Egy fotonrendszer felépítésében akár 200 klorofill, és 50 karotinoid molekula(ezek szélesítik a fotoszintézis spektrumát és részt vesznek az energiának a klorofill molekulára történő átadásában) is részt vehet.

21.2. ábra A fotozsintézis fényszakaszának reakciói a tilakoid belső membránján: piros nyíl jelöli a H atomok szállítását, kék nyíl - az elektronokat: a - a II fotonrendszer (PSII); b - az I fotonrendszer (PSI); c - ATP-szintetáz; d - a tilakoid membránja

Minden klorofill molekula képes a fény elnyelésére, de közülük csAK kettő vesz részt közvetlenül a fény energia kémiai energiává történő átalakításában. Бгек a speciális molekulák speciális fehérjékhez kötődnek reakcióközpontokat képezve. Az összes többi pigment, amely a fotonrendszerekhez tartozik, sajátos fénygyűjtő antennaként működik. A reakcióközpontok a fényenergia fotonjának elnyelésére és annak a kloroplasztiszokra történő átadására szolgál, ahol azok a szerves vegyületek kémiai kötéseinek energiájává alakul. Mindkét fotoszintetizáló rendszer a térben elkülönül, de az elektronszállító rendszerek révén kapcsolatban vannak egymással. (Figyeljétek meg a kék nyilat a 21.2 ábrán). Ezek folyamatosan kapcsolódnak be a fotoszintézis folyamatába, először a II, majd az I fotonrendszer.

A fotoszintézis fényszakaszának reakciói a fény fotonjának a klorofillmolekula általi elnyelésével kezdődnek. A fény fotonjának elnyelése által a pigment molekula gerjesztett állapotba kerül és energiáját a szomszédos molekulának adja át. Ennek eredményeképpen a gerjesztett molekula gyorsan áramlik a fotoszintézis reakcióközpontjának fényelnyelő pigmentjei felé. A gerjesztési energia által a reakcióközpont klorofilljának elektronja képessé válik a molekula elhagyására és az első elektronfelvevőre, azaz az elektronszállító rendszer első tagjára való kerülésére.

A tilakoid membránjának elektronszállító-rendszere hasonló a mitokondrium membránjának elektronszállító-rendszeréhez (20.4. ábra). Ez a membránba épített az oxidáló-reduláló reakciókat megvalósító, azaz a donortól az akceptorig történő folyamatos elektronátvitelt végző, enzim-komplexumokból áll,.

Az I. fotonrendszer reakcióközpontjának gerjesztése elindítja az elektronszállító rendszerben a végső elektronfelvevőig, azaz a HADP^-ig, történő elektron-

szállítást. Az elektron redukálja ezt a vegyületet(amely a glükóz szintéziséhez szükséges hidrogén forrása) a fotoszintézis fényszakaszának reakciói során. Ezzel egyidejűleg a környezetből H proton nyelődik el. így a NADP-molekula oxidált állapotból redukált állapotba kerül.

Az I. fotonrendszer reakcióközpontjának elektronvesztése a klorofill molekulában elektronhiányhoz vezet. Ez a Il.fotonrendszer reakcióközpontjából kiszabadult elektronnal pótlódik, amelyet az elektronszállítórendszer szállít (kövessétek ennek az elektronnak az útját a 21.2 ábrán). A II. fotonrendszerben létrejött elektronhiány a vízmolekulából származó elektronnak pótlódik. A II. fotonrendszer része egy fényérzékeny enzim, amely fény hatására előidézi a víz fotolízisét:

Tehát a fotolízis következtében felszabaduló elektronok a II. fotonrendszer telítésére használódnak el és a molekuláris oxigén a légkörbe távozik. A fotoszintézis fényszakaszának összesített egyenlete az alábbi:

A fényszakasz reakciói által elindított elektronszállítást a tilakoidok membránján a belső térbe történő proton szállítás követi (keressétek meg a piros nyilakat a 21.2 ábrán). Akárcsak a mitokondriumokban, úgy a tilakoidok membránjai is ATP-szintetázt tartalmaznak, amely a protonkoncentráció következtében kialakuló potenciálkülönbséget - a tilakoid belső állományából a sztóma felé történő proton áramlást - használja fel ATP szintézisre. Tehát, az elektronszállítással egyidejűleg, a protonkoncentráció-különbség rovására, amely a tilakoid membránjának két oldalán van, ebben a szakaszban 2 ATP molekula szintetizálódik.

A fotoszintézis fénytől független reakciói a kloroplasztisz belső terében zajlanak fény nélkül. A szén-dioxid, bizonyos anyagok és az ATP lebomlásából felszabaduló energia a hidrogén (amely a fényszakaszban redukált NADP*H-ból származik)és a légkörből a kloroplasztiszba kerülő C0₂ megkötésére használódik. A reakciók lassúsága miatt speciális enzimek segítik a glükóz és más monosza-charidok keletkezését. A későbbiekben belőlük szintetizálódnak a poliszachari-dok(keményítő, cellulóz és mások).

A fotoszintézis sötét szakaszában történik a fényt nem igénylő biokémiai reakciók ciklusa, amelyet Calvin ciklusnak (az amerikai tudós M. Calvin¹ és munkatársai fedeztek fel)nevezünk. A légköri C0₂ akceptor-vegyülete a ribulóz-difoszfát (öt szénatomos szénhidrát két ortofoszforsav-maradékkal). A C0₂ megkötésének reakcióját egy speciális enzim katalizálja,melynek két három-szénatomos szerves molekula a terméke. A következő kémiai reakciók,melyek mindegyikét egy speciális enzim katalizálja, eredményeképpen végtermékként glükóz keletkezik, valamint az újabb ciklusba lépő a ribulóz-difoszfát redukálódik. Egy C0₂ molekulának a glükózba való beépülésére a Calvin ciklus során két molekula NADP»H és három molekula ATP - éppen annyi, amennyi a fény szakasz reakciói

során minden oxigén molekula kiválásakor keletkezett. Tehát a fotoszintézis mindkét szakaszának összesített egyenlete az alábbi:

A fotoszintézissel egyidejűleg a növényeknél napfényben légzés is zajlik. A légzés során sötétben oxigén nyelődik el és C0₂ választódik ki.

A kemoszintézis - egy autotróf táplálkozási forma,amelynek során bizonyos szervetlen vegyületek oxidációja során felszabaduló energia segítségével szervetlen vegyületekből szervesek keletkeznek.

A kemoszintetizáló szervezetekhez tartoznak egyes baktérium csoportok. A nitrifikáló baktériumok az ammóniát (NH₃), először nitritekké (a nitritsav -HNÓ₂ sói), később pedig nitrátokká (a nitrátsav - HN0₃ sói). A nitrátok a növények teljesértékű táplálkozásához szükségesek. A vasbaktériumok energiájukat a két vegyértékű vasvegyületek három vegyértékűekké való oxidációjából nyerik. A színtelen aerob kemotróf baktériumok a kénhidrogént és más kénvegyületeket szulfátsavig (H₂S0₄) oxidálják.

A kemoszintetizáló baktériumok különleges szerepet töltenek be a kémiai elemek biogeokémiai körforgásában - az ökoszisztémák és a bioszféra egészének élő és az élettelen részei között zajló törvényszerű anyagáramlásban. Ezek képesek szervetlen anyagokból szerves anyagokat képezni a bioszféra azon részein ahova nem jut el a fény.

Szénhidrátok bioszintézise a heterotróf szervezetekben. A monosza-charidok, az ATP-ből származó energia segítségével, a glikolízis és a Crebs-cik-lus során keletkező anyagokból szintetizálódhatnak. A későbbiekben a megfelelő enzimatikus reakciók során a monoszacharidokból oligo- és poliszacharidok képződnek.

A lipidek bioszintézise a sejtek citoplazmájában zajlik. A zsírsavak szintézisének fő szén forrásául az acetil-KoA szolgál, - amely vegyület a mitokondriu-mokban keletkezik a szénhidrátok és a lipidek lebomlása során, s később egy speciális mechanizmus révén a citozolba jut. A zsírok zsírsavakból és glicerinből a belek hámsejtjeiben, a májban, a bőraljban, a tüdőben és más állati szervekben. A foszfolipidek a máájban,a vesében,az izmokban szintetizálódnak.

1. Miben különbözik a szénhidrátok keletkezése az autotróf és a heterotróf élőlények sejtjeiben?

2. Milyen folyamatok zajlanak a fotoszintézis fényszakaszába? 3. Milyen feltételek szükségesek a fotoszintézis fénytől független szakaszának megvalósulásához? 4. Mi a kemoszintézis biológiai jelentősége?

Mi a közös és mi az eltérő a kemoszintézis és a fotoszintézis folyamataiban?

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij