Фотосинтез в образах

Фотосинтез в образах Кислород

Так что же такое хлорофилл?

В начале 1900-х годов хлорофилл считался важным в смягчении многих распространенных проблем со здоровьем, включая:

• облегчение болевого синдрома;

Вместе с многочисленными другими травами хлорофилл вскоре заменили химическими антисептиками. Однако взрыв зеленых суперпродуктов на рынке привел к возобновлению интереса к хлорофиллу, и стоит взглянуть на то, что он может сделать для организма.Хлорофилл — зеленый пигмент, который дают листья, водоросли и овощи зеленого цвета.

Хлорофилл поглощает солнечный свет и превращает его в энергию посредством процесса, называемого фотосинтезом. На молекулярном уровне хлорофилл почти идентичен гемоглобину, кислородному носителю в нашей крови, поэтому некоторые люди называют его «кровью» растений.

А что там, внутри листьев?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять, какие красящие вещества (пигменты) в них обычно содержатся. Попробуем провести эксперимент, выделив, а затем разделив пигменты зеленого листа (рис. 3).

Для начала разотрем листья в ступке, добавив 96%-ный спирт, который поможет разрушить остальные, не интересующие нас компоненты клетки. Эти ненужные компоненты мы обязательно отфильтруем (видео 1), чтобы получить чистую вытяжку (экстракт) пигментов.

Пигменты — это химические вещества, поэтому для понимания эксперимента нам потребуются некоторые знания по химии. Вспомним одно важное правило из уроков химии: подобное растворяется в подобном. Так, в спирте как в полярном растворителе хорошо растворяются полярные вещества (например, хлорофиллы и некоторые каротиноиды), хотя на данном этапе работы там содержатся все пигменты, присутствующие в живом листе, в том числе и неполярные.

Эти неполярные соединения можно легко отделить, используя неполярный растворитель (например бензин). Отделить можно и в пробирке, но для большей наглядности эксперимента мы возьмем фильтровальную бумажку (в лабораториях для более качественного разделения используют специальную хроматографическую бумагу или пластинки с нанесенным на них селикогелем).

Капнув совсем немного полученной спиртовой вытяжки листа на бумажку (неподвижная фаза) (рис. 4), поставим ее в стакан, куда заранее мы налили неполярный растворитель (например, бензин или уайт-спирит) и где теперь содержатся пары неполярного растворителя.

Со временем пары бензина будут как бы «тянуть» то, что хочет раствориться в нем (неполярные соединения, например, каротины), вверх по бумажке (рис. 5). Адсорбирующие свойства бумажки также помогут физически разделить растительные пигменты, схожие по физико-химическим свойствам, но отличающиеся структурно.

Впервые подобный метод разделения пигментов зеленого листа применил русский ботаник-физиолог и биохимик растений Михаил Семенович Цвет в 1900 году. Этот метод спустя несколько лет был назван хроматографией. Хроматография позволяла разделить самые разные вещества: витамины, гормоны и многое другое, что в значительной степени расширило возможности их изучения.

На хроматографической бумажке можно увидеть набор разноцветных полос (рис. 6), каждая из которых (в идеале) содержит один тип пигментов.

Наверняка вам сразу бросаются в глаза две зеленые полоски — они содержат хлорофиллы. Хлорофилл а по химической структуре отличается от хлорофилла b наличием метильной группы вместо альдегидной (рис. 7).

Это делает хлорофилл a менее полярным, поэтому он поднимается по нашей бумажке выше.

Есть и желтые линии разного оттенка — это каротиноиды. Существует две группы каротиноидов: ксантофиллы и каротины (рис. 8). Ксантофиллы в своем составе содержат кислород, поэтому являются полярными, а каротины кислорода не содержат, и поэтому неполярны.

Все эти пигменты необходимы для важнейшего процесса в жизни растений — фотосинтеза. Фотосинтез — это мощнейший механизм в биосфере, позволяющий преобразовать солнечную энергию в энергию химических связей. Напомню, что фотосинтез можно разделить на световую и темновую (светонезависимую) фазы, причем обе из них идут только на свету!

Световая фаза фотосинтеза включает в себя разнообразные процессы, главная цель которых — преобразование солнечной энергии в энергию химических связей (прежде всего АТФ и НАДФН Н ). Для того чтобы получить АТФ, нужно запустить работу фермента АТФ-синтазы, а для того чтобы получить НАДФН, необходимо восстановить НАДФ (то есть дать ему электроны). В осуществлении всех этих процессов на мембранах тилакоидов внутри хлоропластов помогает электрон-транспортная цепь.

Перенос электрона начинается с того, что особые белки — фотосистемы (их в цепи переноса электрона две: фотосистема I и фотосистема II) — улавливают квант света. Именно тут перед любым фотосинтетическим организмом (а это может быть не только растение) встает нелегкая задача: уловить как можно больше света и использовать его энергию для переноса электрона.

Для этого рядом с фотосистемами и внутри них существуют специальные антенные комплексы, которые содержат хлорофиллы и каротиноиды. Особую роль в фотосистемах играют так называемые реакционные центры, представленные димерами хлорофиллов (рис. 10). Именно от них и будет отделяться электрон, который побежит по переносчикам цепи и попадет на НАДФ (существуют, однако и другие варианты транспорта электронов, но о них мы говорить не будем).

Хлорофиллы а и b, а также дополнительные пигменты каротиноиды выступают в качестве антенн (рис. 11), собирающих как можно большее количество энергии света.

Как нетрудно догадаться, зеленые хлорофиллы в осенних листьях разрушаются, и в этот момент листья приобретают цвет каротиноидов (рис. 12).

Бывают, однако, и красные листья (тогда как красных пигментов в нашей хроматограмме мы не нашли). Красный цвет (рис. 13) обусловлен антоцианами, присутствие которых описанным методом обнаружить не получится потому, что антоцианы водорастворимы и, следовательно, не экстрагируются этанолом. К тому же их синтез у растений нередко связан с защитной функцией, но к этому мы еще вернемся.

Что заставляет листву менять цвет?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в том, благодаря каким сигналам и механизмам поддерживается работа хлоропластов и синтез фотосинтетических пигментов.

Как ни странно, в этом нам могут помочь грибы и бактерии, которые знают физиологию растений нередко гораздо лучше людей. Более того, некоторые фитогормоны были открыты благодаря исследованию патогенов растений. Об этом можно подробнее прочитать в моей статье для сообщества «Биология» во «ВКонтакте». Попробуем подглядеть за тем, что творят эти маленькие паразиты растений.

Гуляя в парке или по лесу, можно встретить листья, которые большей частью пожелтели, но на них остались зеленые пятна (рис. 14).

Подобные зеленые круги создают патогенные грибы, заражающие ослабленные и стареющие листья. Эти грибы умеют синтезировать и выделять небезызвестные растительные гормоны — цитокинины, которые заставляют растения фотосинтезировать «до последнего», тем самым позволяя грибам еще долгое время питаться углеводами растения.

Чтобы понять, как синтезированные грибами цитокинины действуют на хлоропласты (ведь именно они придают растению их зеленый цвет), попробуем проследить за жизнью пластид в лаборатории.

Все пластиды растений, в том числе виновники исследований — хлоропласты, берут свое начало из недифференцированных пропластид. Когда растение только начинает прорастать из семени и находится под землей, пропластиды начинают дифференцироваться в особые пластиды — этиопласты.

Когда маленький проросток показывается из земли, падающий на него свет запускает целый каскад физиологических процессов (все их объединяют словом «деэтиоляция»), в частности превращение этиопластов в хлоропласты.

Какова роль цитокинина в этом превращении? Чтобы узнать это, возьмем трехдневные проростки излюбленного модельного организма физиологов растений Arabidopsis thaliana (подробнее о нем вы можете узнать, прочитав статью Елены Лабунской «Модельные организмы: арабидопсис», написанную в рамках спецпроекта «Модельные организмы» для портала «Биомолекула»), выращенные в темноте.

Одни из них мы вырастим без каких-либо добавок (контроль), а другим добавим тот самый гормон, который производили патогенные грибы, — цитокинин, — а точнее возьмем его искусственный аналог — 6-бензиламинопурин (БАП). Чтобы увидеть изменения в структуре интересующих пластид, посмотрим на них под электронным микроскопом до освещения, через 6 часов после начала освещения и через 12 часов после освещения (рис. 16).

Влияние цитокинина на ультраструктуру хлоропластов при деэтиоляции

Рисунок 16. Влияние цитокинина на ультраструктуру хлоропластов при деэтиоляции.Условные обозначения:Р — проламеллярные тела; pt — претилакоиды; th — тилакоидные мембраны; g — грана; st — крахмал. После трехдневного роста в темноте этиопласты и в контрольных растениях, и в растениях, к которым был добавлен БАП, содержат крупные проламеллярные тела (Р). На этой стадии у растений, к которым добавляли БАП, присутствуют также претилакоиды (pt). После шестичасового освещения в контроле проламеллярные тела начинают распадаться и образуются претилакоидные мембраны (pt), тогда как у растений, выращенных в присутствии БАП, к этому моменту уже не видно проламеллярного тела, а тилакоидные (th) мембраны полностью развиты. Спустя 12 часов освещения у этих растений образуется полностью функциональный хлоропласт с тилакоидными мембранами и укладкой грана (g), кроме того, начинают формироваться гранулы крахмала (st). У контрольных растений после двенадцатичасового освещения есть хорошо развитые тилакоиды, но нет явно выраженных гран и отсутствуют крахмальные гранулы.

[4], рисунок адаптирован

Нетрудно заметить, как цитокинины позволяет хлоропластам добиться первенства в скорости их развития по сравнению с хлоропластами тех растений, которым цитокинин не добавляли! У растений под действием искусственного цитокинина тилакоиды начинают формироваться уже через 6 часов освещения, тогда как без них такую же картину можно увидеть только через 12 часов освещения.

Наверняка подобный эффект убедил читателей, что цитокинины участвуют в дифференцировке хлоропластов, и, сказать по правде, этот процесс гораздо сложнее, чем кажется. Так, цитокинины инициируют синтез белков, входящих в состав уже упомянутой фотосистемы II, запускают сплайсинг хлоропластной РНК, а также влияют на синтез хлорофилла (рис. 17).

Кроме того, цитокинины индуцируют экспрессию генов апопластной инвертазы и гексозного транспортера. Зачем? Все предельно просто. Основной транспортной формой углеводов в растении является сахароза. Когда сахароза выходит из клетки (в апопласт), ее может разрушить имеющийся там фермент инвертаза.

На что «развалится» сахароза? На фруктозу и глюкозу, а это — шестиуглеродные сахара, иными словами — гексозы. Их-то и хватает гексозный траспортер и заносит обратно в клетку. Получается, что такая система не дает продуктам фотосинтеза выходить из фотосинтезирующего органа. Подобный эффект называется аттрагирующим и препятствуют старению листа (рис. 18).

Из этого становится понятен смысл выделения цитокининов патогенами. Мало того, что они заставляют растения поддерживать хлоропласты, они еще и не дают углеводам, полученным в ходе фотосинтеза, уходить от того места, где поселились грибы.

Как показывают исследования, осенью уровень этого гормона снижается, и его рецепция начинает падать, а значит, и количество заново синтезированных фотосинтетических пигментов, и аттрагирующий эффект постепенно сходят на нет.

Стоит отметить, что помимо цитокининов для синтеза хлорофиллов также необходим свет (для работы фермента протохлорофиллидоксидоредуктазы), а значит, с уменьшением длины светового дня хлорофилла будет синтезироваться все меньше и меньше.

Зеленые продукты, в чем польза?

Не так давно зеленое питание было зарезервировано для тех, кто серьезно относился к своему здоровью, часто своеобразному по своей природе. Невероятная сила интернета и других форм средств массовой информации теперь постоянно напоминает нам о преимуществах употребления в пищу зеленых продуктов, таких как зеленые листовые овощи и водоросли, как часть режима питания.

Но что такого особенного в отношении зеленых продуктов и добавок? Помимо содержания в них волокон клетчатки, зеленая пища является источником витаминов, минералов вместе с живыми ферментами, которые помогают пищеварению и, в сущности, богаты источником хлорофилла. Они подщелачивают организм, помогая устранить многие нарушения

, особенно потому, что наше питание склонно к увеличению кислотности. В свою очередь, повышенная кислотность приводит к многочисленным проблемам, таким как:

• недостаточное поглощение питательных веществ;• рефлюкс;• сердечно-сосудистые заболевания.

Самым заметным свойством зеленых продуктов является их способность детоксифицировать организм многих видов токсинов, включая тяжелые металлы, от загрязнения окружающей среды, и это свойство связано исключительно с хлорофиллом, а не с их питательным содержанием.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие
чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать
первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле
стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.


Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений. Итак, растения за счет фотосинтеза:

  • Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
  • Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
  • Растения поддерживают определенный процент содержания O2 в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
  • Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают
почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых
растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

Нормализация уровня рн организма

Наше тело рассчитано на оптимальный рН 7,35, который по шкале рН немного щелочной. К сожалению, наше питание склоняется к созданию кислой среды. Итак, что не так с кислой кислотой? Время от времени наш организм склоняется к тому, чтобы быть немного кислой, и это прекрасно, если это редко, потому что мы не можем все время ограничивать выбор продуктов. К сожалению, у подавляющего большинства из нас не правильное питание, которое постоянно склоняется к кислотности.

Когда еда метаболизируется или сгорает для получения организмом энергии, она оставляет остаток, который будет нейтральным, кислотным или щелочным, в основном в зависимости от смеси продуктов, которые мы едим. Таким образом, диета, богатая овощами, большинством фруктов и низким содержанием белков животных, приведет либо к нейтральному ph, либо к слабощелочному остатку.

Кроме того, создание кислой среды приводит к тому, что организму приходится идти на большие жертвы, чтобы поддерживать идеальный уровень pH, приводящий к стрессу во всех тканях и процессах в организме. Наш организм использует кальций, чтобы действовать как буфер для нейтрализации избыточной кислотности, и, следовательно, организм может даже вытащить кальций из костей, чтобы нейтрализовать эту постоянную кислотность, приводя к ослаблению структуры кости.


Хлорофилл является отличным внутренним дезодорирующим средством. Вместо маскировки запахов, таких как

, он работает изнутри, избавляясь от неприятного запаха, который издают токсины. Хлорофилл помогает облегчить неприятный запах изо рта, запах тела и запах пота. Хлорофилл отлично подходит для уменьшения фекальных и мочевых запахов у пациентов с недержанием мочи.

Это лишь некоторые из наиболее распространенных преимуществ приема хлорофилла, есть и многие другие. Существует одно явное преимущество приема хлорофилла над лекарствами или другими зелеными добавками, и это то, что окружающая среда, из которой производится хлорофилл, не загрязняется, поскольку она производится внутри растения или овощей.

Осень — это стресс

Вообще подобная смена времен года воспринимается растением как стресс. Снижение длины светового дня, понижение температуры, изменение водного обмена — все это так или иначе приводит к тому, что в листе запускаются механизмы старения и опадения (рис. 19).

Стрессовый сигнал SOS! опять-таки связан с гормонами, прежде всего с повышением уровня абсцизовой кислоты (АБК) и этилена. Повышение уровня этих гормонов зависит в том числе от сигналов с фоторецепторов, участвующих в работе циркадных ритмов растений.

Взаимодействие гормонов с рецептором приводит к каскаду реакций, запускающих распад хлорофилла, разрушение белков фотосинтеза и превращение хлоропластов в геронтопласты (рис. 21).

При этом разрушение всех пигментов зеленого листа начинается одновременно, но скорость их разрушения разная. Хлорофиллы разрушаются одними из первых, тогда как каротиноиды, придающие кроне ее золотой облик, делают это медленнее.

Стоит отметить, что эти стрессовые гормоны также участвуют и в запуске опадения листьев. Интересно, что АБК был впервые обнаружен в качестве агента, который вызывает падение коробочек хлопчатника. Однако подобный эффект АБК чаще всего обусловлен недостатком воды.

Этилен вызывает изменения в составе клеточной стенки, из-за чего происходит постепенное размягчение тканей в зоне отделения. Однако процесс закладки отделительного слоя зависит от баланса этилена с другим растительным гормоном — ауксином (рис. 23). Они в данном случае являются антагонистами.

Но в конце концов при высокой концентрации этилена черешок листа в этом месте становится настолько непрочным, что любое дуновение ветра срывает лист с дерева (рис. 24).

В ответ на наступление осеннего периода синтезируются не только гормоны стресса (этилен и АБК), но и протекторные соединения — антоцианы. И наверняка большинство из вас видели красные литься клена (рис. 25) или боярышника.

Синтез ферментов синтеза антоцианов зависит от целого ряда транскрипционных факторов (из классов MYB, bHLH и WD40) [8], [9], которые в свою очередь регулируются самыми разнообразными сигналами, в том числе гормональными. Так, антоцианы могут вырабатываться в ответ на различные факторы внешней среды: недостаток воды, избыточное освещение, недостаток минеральных веществ (например фосфора), но при этом антоцианы порой синтезируются и без участия сигналов из окружающей среды.

Считается, что антоцианы участвуют в тушении активных форм кислорода (АФК) (рис. 26), фотозащите, в проведении сигнала о стрессе и в других физиологических реакциях.

Действительно, если присмотреться к деревьям, которые имеют красные листья (рис. 27 и 28), то можно заметить, что большинство таких листьев находится на верхушке кроны. А ведь именно там на листья падает самое большое количество света.

Из-за того что синтез хлорофилла нарушен, фотосинтетический аппарат не может работать в достаточном режиме, поэтому в большом количестве образуются активные формы кислорода (АФК). Антоцианы же выступают в роли антиоксидантов, снижая количество активных форм кислорода, и поглощают часть поступающего на лист света, как бы экранируя хлорофилл от него.

А вспомните ли вы, какого еще цвета бывают осенние листья? Наверняка многие в детстве собирали желуди и знают, как выглядит дуб. Осенью под этим деревом вы не найдете красных или желтых листьев, как, например, у клена: опавшие листья дуба коричневые (рис. 29).

Подняв голову вверх и посмотрев на крону, вы заметите, что листья у дуба не желтеют, а скорее коричневеют (рис. 30).

Подобная окраска листьев связана с накоплением в них совершенно других веществ — хинонов. Они образуются в листьях растения из веществ, известных многим как дубильные вещества, — танинов. Раньше дубильные вещества использовались при обработке шкур животных: дубильные вещества обладают способностью взаимодействовать с белком коллагеном в коже, что и делало изделия мягкими и долговечными.

Реакцию превращения танинов, имеющих фенольную природу, в хиноны, окрашивающие листья в коричневый цвет, катализирует фермент полифенолоксидаза (ПФО) (рис. 31).

ПФО имеется у многих растений, хотя ее физиологическая роль остается не до конца понятной. Она принимает участие в образовании некоторых вторичных метаболитов, снижении уровня АФК и защитных механизмах растений от патогенов.

Современная физиология растений лишь приоткрывает занавесу тайны игры молекул внутри разноцветных осенних листьев. Красота их, не раз вдохновившая поэтов, еще хранит много загадок, молекулярные механизмы и смыслы которых пока не раскрыты учеными. Но известное науке сейчас говорит о том, что самые привычные процессы могут быть весьма замысловаты и еще более красивы.

Преимущества хлорофилла

Есть причина, по которой диетологи советуют есть зелень. Потому что, как правило, чем зеленее растение, тем богаче оно на содержание хлорофилла.

Как упоминалось выше, хлорофилл подщелачивает организм. Его ассимиляция благодаря употреблению в пищу растений и овощей позволяет кислороду эффективно поглощаться эритроцитами. Без достаточного количества кислорода наш организм становятся медлительными, потому что все процессы зависят от достаточной оксигенации клеток. При недостаточном количестве кислорода производство энергии значительно уменьшается и наш метаболизм замедляется.

В 1931 году лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине доктор Отто Варбург установил, что лишение кислорода является основной причиной клеточной мутации. Увеличение потребления продуктов, богатых хлорофиллом, или принятие хлорофилла в виде добавок, безусловно, увеличивает поглощение кислорода клетками нашего организма.

Кроме того, хлорофилл также, препятствует поглощению диоксинов. Итак, что такое диоксины? Диоксины — это загрязняющие вещества, обнаруженные во многих пищевых продуктах, которые мы едим. Это ядовитые химические вещества, полученные из нефти, которые производятся при производстве гербицидов или сжигании пластмасс.

В исследованиях на животных обнаружено, что диоксины вызывают врожденные дефекты, выкидыши, клеточные мутации и являются известными канцерогенами. Они легко всасываются в организм и хранятся в жировых клетках нашего тела. Исследования показали, что продукты, богатые хлорофиллами, увеличивают выведение диоксинов.

Хлорофилл работает во время пищеварения как для детоксикации организма от токсинов, попадающих из вредных продуктов, так и для детоксикации организма существующих хранимых токсинов. Некоторые хлорофиллы поглощаются в кровоток во время пищеварения. Когда кровь проходит через печень, хлорофилл способствует процессу очищения и детоксикации печени своим действием на ферменты детоксикации фазы II, продуцируемые печенью.

Фаза II — это процесс, в котором печень использует ферменты для превращения токсичного вещества в менее токсичное вещество, которое легко удаляется организмом. Кроме того, хлорофилл, по-видимому, стимулирует регенерацию поврежденных клеток печени. Принимая во внимание важность очищения печени, хлорофилл, по-видимому, намного более эффективен, чем традиционные травы, такие как расторопша, одуванчик или артишок.

Хлорофилл также увеличивает циркуляцию крови ко всем органам нашего тела, расширяя кровеносные сосуды. В частности, для сердца, хлорофилл помогает в передаче нервных импульсов, которые контролируют сокращение. Частота сердечных сокращений замедляется, но сила сокращения увеличивается, повышая эффективность сердца.

Хлорофилл также является прекрасным средством для лечения толстой кишки, что объясняет его частое использование при воспалительных заболеваниях кишечника, таких как колит и дивертикулит. Это помогает успокаивать и заживать поврежденные и воспаленные ткани в нашем кишечнике.

Кроме того, хлорофилл проявляет сильные антимикробные свойства, помогая уменьшить количество патогенных микроорганизмов, включая дрожжи, живущие в кишечнике. Поскольку многие воспалительные расстройства кишечника связаны с патогенными бактериями и дрожжами, которые процветают в кишечнике, вызывая воспаление и выделение токсинов, добавление хлорофилла имеет большое значение для контроля некоторых из этих проблем.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты,
белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон,
переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов,
тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

H2O —> H OH-


Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

4OH —> 2H2O O2↑

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H ) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а
электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.


При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы.
В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который
используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная
форма — НАДФ превращается в восстановленную — НАДФ∗H2.

Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

  • Свободный кислород O2 — в результате фотолиза воды
  • АТФ — универсальный источник энергии
  • НАДФ∗H2 — форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2
в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой
фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от
освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6.
В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы
требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.


Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована
в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Типы питания

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам τροφ — пища)
— организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος
— иной τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и
автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Фотосинтез

Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в
энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в
зеленый цвет.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится
ион Mg.

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества,
как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли
от веществ, выработанных листом.

Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось
органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь
из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой)
и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют
более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Хемосинтез (греч. chemeia – химия synthesis — синтез)

Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические
вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений
(железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится
к аэробам, для жизни им необходим кислород.

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей.
Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены
растениями и служат удобрением.

Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:

  • Серобактерии — окисляют H2S —> S 0 —> (S 4O3)2- —> (S 6O4)2-
  • Железобактерии — окисляют Fe 2 —>Fe 3
  • Водородные бактерии — окисляют H2 —> H 12O
  • Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO2

Хлорофилл из пищи или через добавки?

Хлорофилл не является водорастворимым и нестабилен при экстракции из растений. Проблема в том, что наш организм в основном работает в водной среде, что означает, что только крошечная доля хлорофилла попадает от приема зеленых овощей. Использование овощей для обеспечения нас источником хлорофилла также представляет другие проблемы.

Плохое состояние нашей пищеварительной системы зачастую требует термической обработки овощей, пусть даже на несколько мгновений, что приводит к уменьшению ценности хлорофилла для организма. Поэтому добавки с хлорофиллом необходимы для того, чтобы получить полные преимущества этого вещества.

Обратите внимание! Данный контент не предназначен для самолечения. Перед применением любых биологически активных добавок или препаратов проконсультируйтесь с врачом.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий