Фотосинтез. Типы питания живых организмов

Фотосинтез - химический процесс превращения воды и углекислого газа в клетках зеленых растений под действием солнечного света в сахар, крахмал и древесину. Молекулы хлорофилла поглощают солнечный свет и являются источником энергии для процесса фотосинтеза. Строение молекулы хлорофилла аналогично строению молекулы гема-комплексного соединения, входящего в состав гемоглобина крови человека и животных. Только вместо атома железа, из-за которого гемоглобин окрашен в красный цвет, в центре молекулы хлорофилла находится атом магния, придающий ему зеленый цвет. Фотосинтез имеет две стадии. Вначале осуществляются световые реакции, в результате которых образуется сложное соединение аденозинтрифосфат (АТР) с формулой C₁₀ H₁₆ O₁₃ N₅ P₃, в котором запасается поглощенная хлорофиллом энергия света, и расщепляется молекула воды. Световая стадия длится 10^-9 с. В результате темновых реакций фотосинтеза, не требующих света, образуется структурная единица органических соединений CH₂O. Эта стадия имеет длительность 0,05 с и представляет собой последовательность из 20 химических реакций. В результате фотосинтеза на Земле ежегодно образуется 150 миллиардов тонн органического в-ва и выделяется примерно 200 миллиардов тонн свободного кислорода. Фотосинтез не только обеспечивает и поддерживает современный сосав атмосферы Земли, необходимый для жизни, но и препятствует увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере, предотвращая перегрев планеты из-за парникового эффекта.

Жизнедеятельность живых организмов возможна только при наличии в них энергии. По способу получения энергии все клетки и организмы подразделяются на 2 группы: автотрофы и гетеротрофы. Гетеротрофы не способны сами синтезировать органические соединения из неорганических; органические в-ва поступают в такие организмы с пищей из окружающей среды. К гетеротрофам относятся все животные, грибы, большинство бактерий, растения и водоросли, не содержащие хлорофилла. Автотрофы – это организмы питающиеся (т.е. получающие энергию) за счет неорганических соединений, из которых они синтезируют органические в-ва. К ним относятся некоторые бактерии и все зеленые растения.

АТФ. Энергетический обмен в клетках.

Аденозинтрифосфорная кислота является особым нуклеотидом в клетке. Ее молекулы обеспечивают энергией все виды клеточных процессов: биосинтез, механическую работу, перенос веществ через клеточную мембрану… Молекула АТФ состоит из остатка азотистого основания аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Отщепление одного остатка фосфорной кислоты сопровождается выделением энергии, равной 419 кДж/моль. Связь между остатками фосфорной кислоты в молекуле АТФ называется макроэргической. Синтез АТФ осуществляется в клеточных митохондриях и хлоропластах.

В процессе энергетического обмена в живых организмах происходит накопление энергии в макроэргических связях АТФ. Энергетический обмен подразделяется на три этапа, которые осуществляются при участии специальных ферментов в различных участках клеток и организмов.

Первый этап (подготовительный) протекает под действием ферментов, расщепляющих молекулы ди- и полисахаридов, жиров, белков, нуклеиновых кислот на более мелкие молекулы глюкозы, глицерина и жирных кислот, аминокислот, нуклеотидов. При этом выделяется небольшое кол-во энергии, рассеивающейся в виде тепла. Второй этап (бескислородный или неполного окисления) называется также анаэробным дыханием, брожением или гликолизом. В результате этого процесса в цитоплазме клеток под действием ферментов гликолиза происходит расщепление глюкозы и образование двух молекул АТФ, в макроэргических связях которых запасается 40% энергии. Третий этап (стадия кислородного расщепления или аэробное дыхание) осуществляется в клеточных митохондриях под действием многих ферментов, образующих ферментативный кольцевой конвейер. В результате кислородного расщепления глюкоза полностью окисляется до углекислого газа и воды, способствуя образованию 38 молекул АТФ. Основную роль в обеспечении клетки энергией играет кислородное расщепление органических в-в. При недостатке кислорода или полному его отсутствию происходит бескислородное расщепление, благодаря которому живые организмы могут короткое время обходиться без кислорода.