Пигменты участвующие в фотосинтезе

Фотосинтез

Пигменты участвующие в фотосинтезе

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 (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. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.

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.

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 – НАФД+ 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.

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

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

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 (это происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений).

Источник: https://studarium.ru/article/124

Характеристики и основные типы фотосинтетических пигментов / биология

Пигменты участвующие в фотосинтезе

фотосинтетические пигменты они представляют собой химические соединения, которые поглощают и отражают определенные длины волн видимого света, что делает их выглядящими «красочными». Различные типы растений, водорослей и цианобактерий имеют фотосинтетические пигменты, которые поглощают на разных длинах волн и генерируют разные цвета, в основном зеленый, желтый и красный.

Эти пигменты необходимы для некоторых автотрофных организмов, таких как растения, потому что они помогают им использовать широкий диапазон длин волн для производства пищи в процессе фотосинтеза. Поскольку каждый пигмент реагирует только с некоторыми длинами волн, существуют разные пигменты, которые позволяют захватывать большее количество света (фотонов).

индекс

  • 1 Характеристики
  • 2 типа фотосинтетических пигментов
    • 2.1 Хлорофиллы
    • 2.2 Каротиноиды
    • 2,3 Phycobilins 
  • 3 Ссылки

черты

Как указано выше, фотосинтетические пигменты представляют собой химические элементы, которые отвечают за поглощение необходимого света, чтобы можно было генерировать процесс фотосинтеза. Посредством фотосинтеза энергия Солнца преобразуется в химическую энергию и сахара.

Солнечный свет состоит из различных длин волн, которые имеют разные цвета и уровни энергии. Не все длины волн одинаково используются в фотосинтезе, поэтому существуют разные типы фотосинтетических пигментов.

Фотосинтетические организмы содержат пигменты, которые поглощают только длины волн видимого света и отражают другие. Множество длин волн, поглощаемых пигментом, является его спектром поглощения..

Пигмент поглощает определенные длины волн, а те, которые не поглощают, отражают их; цвет – это просто свет, отраженный пигментами. Например, растения выглядят зелеными, потому что они содержат много молекул хлорофилла А и В, которые отражают зеленый свет.

Типы фотосинтетических пигментов

Фотосинтетические пигменты можно разделить на три типа: хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.

хлорофиллы

Хлорофиллы – это зеленые фотосинтетические пигменты, содержащие в своем составе порфириновое кольцо. Они являются стабильными кольцевыми молекулами, вокруг которых электроны могут свободно мигрировать.

Поскольку электроны движутся свободно, кольцо может легко приобретать или терять электроны и, следовательно, может предоставлять заряженные электроны другим молекулам. Это фундаментальный процесс, с помощью которого хлорофилл “захватывает” энергию солнечного света.

Типы хлорофиллов

Существует несколько типов хлорофилла: a, b, c, d и e. Из них только два обнаружены в хлоропластах высших растений: хлорофилл а и хлорофилл б. Наиболее важным является хлорофилл “а”, так как он присутствует в растениях, водорослях и фотосинтезирующих цианобактериях..

Хлорофилл “а” делает возможным фотосинтез, потому что он передает свои активированные электроны другим молекулам, которые будут производить сахара.

Второй тип хлорофилла – это хлорофилл “b”, который встречается только в так называемых зеленых водорослях и растениях. С другой стороны, хлорофилл “с” обнаружен только в фотосинтетических членах хромистической группы, как в динофлагеллятах.

Различия между хлорофиллами этих основных групп были одним из первых признаков того, что они не так тесно связаны, как считалось ранее.

Количество хлорофилла “b” составляет около четверти от общего содержания хлорофилла. Со своей стороны, хлорофилл «а» встречается во всех фотосинтезирующих растениях, поэтому его называют универсальным фотосинтетическим пигментом. Они также называют его первичным фотосинтетическим пигментом, потому что он выполняет первичную реакцию фотосинтеза.

Из всех пигментов, которые участвуют в фотосинтезе, хлорофилл играет фундаментальную роль. По этой причине остальные фотосинтетические пигменты известны как вспомогательные пигменты..

Использование вспомогательных пигментов позволяет поглощать более широкий диапазон длин волн и, следовательно, захватывать больше энергии от солнечного света.

каротиноиды

Каротиноиды являются еще одной важной группой фотосинтетических пигментов. Они поглощают фиолетовый и сине-зеленый свет.

Каротиноиды обеспечивают яркие цвета, которые присутствуют в плодах; например, красный помидор обусловлен присутствием ликопена, желтый цвет семян кукурузы вызван зеаксантином, а апельсин кожуры апельсина – бета-каротином.

Все эти каротиноиды важны для привлечения животных и способствуют рассеянию семян растения.

Как и все фотосинтетические пигменты, каротиноиды помогают улавливать свет, но также играют другую важную роль: удаляют избыточную энергию от Солнца..

Таким образом, если лист получает большое количество энергии, и эта энергия не используется, этот избыток может повредить молекулы фотосинтетического комплекса. Каротиноиды участвуют в поглощении избыточной энергии и помогают рассеивать ее в виде тепла.

Каротиноиды обычно представляют собой красные, оранжевые или желтые пигменты и включают в себя хорошо известное соединение каротина, которое придает цвет моркови. Эти соединения образованы двумя маленькими кольцами из шести атомов углерода, соединенными «цепочкой» атомов углерода..

В результате своей молекулярной структуры они не растворяются в воде, а вместо этого связываются с мембранами внутри клетки.

Каротиноиды не могут напрямую использовать энергию света для фотосинтеза, но должны передавать поглощенную энергию хлорофиллу. По этой причине они считаются вспомогательными пигментами. Другим примером хорошо видимого вспомогательного пигмента является фукоксантин, который придает водорослям и диатомовым водорослям коричневый цвет..

Каротиноиды можно разделить на две группы: каротиноиды и ксантофиллы.

каротины

Каротины – это органические соединения, широко распространенные в виде пигментов в растениях и животных. Его общая формула C40H56 и не содержит кислорода. Эти пигменты являются ненасыщенными углеводородами; то есть они имеют много двойных связей и принадлежат к серии изопреноидов.

У растений каротины придают желтый, оранжевый или красный цвета цветам (календулы), плодам (тыквы) и корням (моркови). У животных они видны в жирах (сливочное масло), яичных желтках, перьях (канарейка) и скорлупе (омары).

Наиболее распространенным каротином является β-каротин, который является предшественником витамина А и считается очень важным для животных..

ксантофиллы

Ксантофиллы – это желтые пигменты, молекулярная структура которых аналогична каротиноидам, но с той разницей, что они содержат атомы кислорода. Некоторые примеры: C40H56O (криптоксантин), C40H56O2 (лютеин, зеаксантин) и C40H56O6, который является характерным фукоксантином бурых водорослей, упомянутых выше.

В целом, каротиноиды имеют более оранжевый цвет, чем ксантофиллы. Как каротиноиды, так и ксантофиллы растворимы в органических растворителях, таких как хлороформ, этиловый эфир и другие. Каротины более растворимы в сероуглероде по сравнению с ксантофиллами.

Функции каротиноидов

– Каротиноиды действуют как вспомогательные пигменты. Поглощают лучистую энергию в средней области видимого спектра и передают ее хлорофиллу.

– Они защищают компоненты хлоропласта от кислорода, образующегося и выделяющегося при фотолизе воды. Каротиноиды собирают этот кислород через свои двойные связи и изменяют свою молекулярную структуру до состояния с меньшей энергией (безвредно).

– Возбужденное состояние хлорофилла реагирует с молекулярным кислородом, образуя крайне разрушительное состояние кислорода, называемое синглетным кислородом. Каротиноиды предотвращают это, отключая состояние возбуждения хлорофилла.

– Три ксантофилла (виолоксантин, антероксантин и зеаксантин) участвуют в рассеивании избыточной энергии, превращая ее в тепло.

– Из-за своего цвета каротиноиды делают цветы и фрукты видимыми для опыления и рассеивания животными.

фикобилины 

Фикобилины представляют собой пигменты, растворимые в воде, и, следовательно, они находятся в цитоплазме или строме хлоропласта. Встречаются только у цианобактерий и красных водорослей (Rhodophyta).

Фикобилины важны не только для организмов, которые используют их для поглощения энергии света, но они также используются в качестве инструментов исследования.

При воздействии интенсивных световых соединений, таких как пикоцианин и фикоэритрин, они поглощают энергию света и выделяют ее, излучая флуоресценцию в очень узком диапазоне длин волн..

Свет, производимый этой флуоресценцией, настолько отличителен и надежен, что фикобилины могут быть использованы в качестве химических «меток». Эти методы широко используются в исследованиях рака для «маркировки» опухолевых клеток..

ссылки

  1. Бьянки Т. и Канюэль Е. (2011). Химические биомаркеры в водных экосистемах (1-е изд.). Издательство Принстонского университета.
  2. Эверт Р. и Айххорн С. (2013). Воронья биология растений (8-е изд.). У. Х. Фриман и издатели компании.
  3. Голдберг Д. (2010). Биология А.П. Баррона (3-е изд.). Образовательная серия Баррона, Inc.
  4. Нобель Д. (2009). Физико-химическая и экологическая физиология растений (4-е изд.). Elsevier Inc.
  5. Фотосинтетические пигменты. Получено от: ucmp.berkeley.edu
  6. Ренгер Г. (2008). Первичные процессы фотосинтеза: принципы и аппаратура (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/pigmentos-fotosintticos-caractersticas-y-tipos-principales.html

Процесс фотосинтеза в листьях растений

Пигменты участвующие в фотосинтезе

Осуществляется процесс фотосинтеза в листьях растений. Фотосинтез свойствен лишь зеленым растениям. Эту важнейшую сторону деятельности листа полнее всего характеризует К. А. Тимирязев:

Можно сказать, что в жизни листа выражается самая сущность растительной жизни. Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались — в растении ли, в животном или в человеке, — прошли через лист, произошли из веществ, выработанных листом.

Строение листьев растений

Листья растений по анатомическому строению отличаются большим разнообразием, которое зависит и от вида растения, и от условий их роста. Лист сверху и снизу покрыт эпидермисом — покровной тканью с многочисленными отверстиями, называемыми устьицами.

Под верхним эпидермисом расположена палисадная, или столбчатая паренхима, называемая ассимиляционной. Под ней находится более рыхлая ткань — губчатая паренхима, за которой идет нижний эпидермис.

Весь лист пронизан сетью жилок, состоящих из проводящих пучков, по которым проходят вода, минеральные и органические вещества.

Поперечный разрез листа

В столбчатой и губчатой ткани листа расположены зеленые пластиды — хлоропласты, содержащие пигменты. Наличием хлоропластов и содержащихся в них зеленых пигментов (хлорофиллов) объясняется окраска растений. Огромная листовая поверхность, достигающая 30 000 — 50 000 кв.

м на 1 га у разных растений, хорошо приспособлена для успешного поглощения СО2из воздуха в процессе фотосинтеза. Углекислый газ проникает в лист растения через устьица, расположенные в эпидермисе, поступает в межклетники и, проникая через оболочку клеток, попадает в цитоплазму, а затем в хлоропласты, где и осуществляется процесс ассимиляции.

Образующийся в этом процессе кислород диффундирует с поверхности хлоропластов в свободном состоянии.

Таким образом, через устьица осуществляется газообмен листьев с внешней средой — поступление углекислого газа и выделение кислорода в процессе фотосинтеза, выделение углекислого газа и поглощение кислорода в процессе дыхания. Кроме того, устьица служат для выделения паров воды.

Несмотря на то, что общая площадь устьичных отверстий составляет лишь 1—2% всей листовой поверхности, тем не менее при открытых устьицах углекислый газ проникает в листья со скоростью, превышающей в 50 раз поглощение его щелочью. Количество устьиц очень велико — от нескольких десятков до 1500 на 1 кв.

мм.

Хлоропласты

Хлоропласты — зеленые пластиды, в которых происходит процесс фотосинтеза. Они расположены в цитоплазме. У высших растений хлоропласты имеют дискообразную или линзовидную форму, у низших они более разнообразны.

Хлоропласты в клетках зеленых растений

Размер хлоропластов у высших растений довольно постоянен, составляя в среднем 1 —10 мк. Обычно в клетке содержится большое количество хлоропластов, в среднем 20—50, а иногда и больше.

Расположены они главным образом в листьях, много их в незрелых плодах. В растении общее количество хлоропластов огромно; во взрослом дереве дуба, например, площадь их равняется 2 га. Хлоропласт имеет мембранную структуру.

От цитоплазмы он отделен двухмембранной оболочкой.

В хлоропласте находятся ламеллы, белково-липоидные пластинки, собранные в пучки и называемые гранами. Хлорофилл расположен в ламеллах в виде мономолекулярного слоя. Между ламеллами находится водянистая белковая жидкость — строма; в ней встречаются крахмальные зерна и капли масла.

Строение хлоропласта хорошо приспособлено к фотосинтезу, так как разделение хлорофиллоносного аппарата на мелкие пластинки значительно увеличивает активную поверхность хлоропласта, что облегчает доступ энергии и перенос ее к химическим системам, участвующим в фотосинтезе. Данные А. А.

Табенцкого показывают, что хлоропласты все время изменяются в онтогенезе растения. В молодых листьях наблюдается мелкогранулярная структура хлоропластов, в листьях, закончивших рост,— крупногранулярная. В старых листьях уже наблюдается распад хлоропластов.

В сухом веществе хлоропластов содержится 20—45% белков, 20—40% липоидов, 10—12% углеводов и других запасных веществ, 10% минеральных элементов, 5—10% зеленых пигментов (хлорофилл а и хлорофилл б), 1—2% каротиноидов, а также небольшое количество РНК и ДНК. воды достигает 75%.

В хлоропластах имеется большой набор гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов.

Исследованиями Н. М. Сисакяна показано, что в хлоропластах происходит и синтез многих ферментов. Благодаря этому они принимают участие во всем сложном комплексе процессов жизнедеятельности растения.

Пигменты, их свойства и условия образования

Пигменты можно извлечь из листьев растений спиртом или ацетоном. В вытяжке находятся следующие пигменты: зеленые — хлорофилл а и хлорофилл б; желтые — каротин и ксантофилл (каротиноиды).  

Хлорофилл

Хлорофиллпредставляет собой

одно из интереснейших веществ на земной поверхности

(Ч. Дарвин),

так как благодаря ему возможен синтез органических веществ из неорганических СО2 и Н2О. Хлорофилл не растворяется в воде, под влиянием солей, кислот и щелочей легко изменяется, поэтому было очень трудно установить его химический состав.

Для извлечения хлорофилла обычно применяют этиловый спирт или ацетон. Хлорофилл имеет следующие суммарные формулы: хлорофилл а — С55Н72О5N4Mg,        хлорофилл б — С55Н70О6N4Mg. У хлорофилла а больше на 2 атома водорода и меньше на 1 атом кислорода, чем у хлорофилла б.

Формулы хлорофилла можно представить и так:

Формулы хлорофилла а и б.

Центральное место в молекуле хлорофилла занимает Мg; его можно вытеснить, подействовав на спиртовую вытяжку хлорофилла соляной кислотой. Зеленый пигмент превращается в бурый, называемый феофитином, в котором Мg замещается двумя атомами Н из соляной кислоты. Восстановить зеленый цвет вытяжки очень легко внесением в молекулу феофитина магния или другого металла.

Следовательно, зеленый цвет хлорофилла связан с наличием в его составе металла. При воздействии на спиртовую вытяжку хлорофилла щелочью происходит отщепление спиртовых групп (фитола и метилового спирта); в этом случае зеленая окраска хлорофилла сохраняется, что указывает на сохранение ядра молекулы хлорофилла при этой реакции.

Химический состав хлорофилла у всех растений одинаков.

хлорофилла а всегда больше (примерно в 3 раза), чем хлорофилла б. Общее количество хлорофилла невелико и составляет около 1 % от сухого вещества листа.

По своей химической природе хлорофилл близок к красящему веществу крови — гемоглобину, центральное место в молекуле которого занимает не магний, а железо.

В соответствии с этим различаются и их физиологические функции: хлорофилл принимает участие в важнейшем восстановительном процессе в растении — фотосинтезе, а гемоглобин — в процессе дыхания животных организмов, перенося кислород.

Оптические свойства пигментов

Хлорофилл поглощает солнечную энергию и направляет ее на химические реакции, которые не могут протекать без энергии, получаемой извне. Раствор хлорофилла в проходящем свете имеет зеленый цвет, но при увеличении толщины слоя или концентрации хлорофилла он приобретает красный цвет.

Хлорофилл поглощает свет не сплошь, а избирательно. При пропускании белого света через призму получается спектр, состоящий из семи видимых цветов, которые постепенно переходят друг в друга.

При пропускании белого света через призму и раствор хлорофилла на полученном спектре наиболее интенсивное поглощение будет в красных и сине-фиолетовых лучах.

Зеленые лучи поглощаются мало, поэтому в тонком слое хлорофилл имеет в проходящем свете зеленый цвет.

Однако с увеличением концентрации хлорофилла полосы поглощения расширяются (значительная часть зеленых лучей также поглощается) и без поглощения проходит только часть крайних красных. Спектры поглощения хлорофилла а и бочень близки.

В отраженном свете хлорофилл кажется вишнево-красным, так как он излучает поглощенный свет с изменением длины его волны. Это свойство хлорофилла называется флюоресценцией.

Каротин и ксантофилл

Каротин и ксантофилл имеют полосы поглощения только в синих и фиолетовых лучах. Их спектры близки друг другу. Спектры поглощения хлорофиллом а и б.

  Поглощенная этими пигментами энергия передается хлорофиллу а, который является непосредственным участником фотосинтеза. Каротин считают провитамином А, так как при его расщеплении образуются 2 молекулы витамина А.

Формула каротина — С40Н56, ксантофилла — С40Н54(ОН)2.  

Условия образования хлорофилла

Образование хлорофиллаосуществляется в 2 фазы: первая фаза — темновая, во время которой образуется предшественник хлорофилла — протохлорофилл, а вторая — световая, при которой из протохлорофилла на свету образуется хлорофилл.

Образование хлорофилла зависит как от вида растения, так и от ряда внешних условий. Некоторые растения, например проростки хвойных, могут позеленеть и без участия света, в темноте, но у большинства растений хлорофилл образуется из протохлорофилла только на свету.

В отсутствие света получаются этиолированные растения, имеющие тонкий, слабый, сильно вытянутый стебель и очень мелкие бледно-желтые листья. Если выставить этиолированные растения на свет, то листья быстро позеленеют. Это объясняется тем, что в листьях уже имеется протохлорофилл, который под воздействием света легко превращается в хлорофилл.

Большое влияние на образование хлорофилла оказывает температура; при холодной весне у некоторых кустарников листья не зеленеют до установления теплой погоды: при понижении температуры подавляется образование протохлорофилла. Минимальной температурой, при которой начинается образование хлорофилла, является 2°, максимальной, при которой образование хлорофилла не происходит, 40°.

Кроме определенной температуры, для образования хлорофилла необходимы элементы минерального питания, особенно железо. При его отсутствии у растений наблюдается заболевание, называемое хлорозом. По-видимому, железо является катализатором при синтезе протохлорофилла, так как в состав молекулы хлорофилла оно не входит.

Для образования хлорофилла также необходимы азот и магний, входящие в состав его молекулы. Важным условием является и наличие в клетках листа пластид, способных к позеленению. При их отсутствии листья растений остаются белыми, растение не способно к фотосинтезу и может жить только до тех пор, пока не израсходует запасы семени. Это явление называется .

Оно связано с изменением наследственной природы данного растения.

Количественные отношения между хлорофиллом и усваиваемой углекислотой

При большем содержании хлорофилла в растении процесс фотосинтеза начинается при меньшей интенсивности света и даже при более низкой температуре.

С увеличением содержания хлорофилла в листьях фотосинтез возрастает, но до известного предела. Следовательно, нет прямой зависимости между содержанием хлорофилла и интенсивностью поглощения СО2.

Количество ассимилированного листом СО2 в час в пересчете на единицу содержащегося в листе хлорофилла тем выше, чем меньше хлорофилла.

Р. Вильштеттером и А. Штолем была предложена единица, характеризующая соотношение между количеством хлорофилла и поглощенным углекислым газом. Количество разложенной в единицу времени углекислоты, приходящееся на единицу веса хлорофилла, они назвали ассимиляционным числом.

Ассимиляционное число непостоянно: оно больше при малом содержании хлорофилла и меньше при высоком содержании его в листьях. Следовательно, молекула хлорофилла используется более продуктивно при низком его содержании в листе и продуктивность хлорофилла уменьшается с увеличением его количества.

Данные введены в таблицу.

Таблица “Ассимиляционное число в зависимости от содержания хлорофилла (по Р. Вильштеттеру и А. Штолю)”

Растения

хлорофилла

в 10г. листьев (мг)

Ассимиляционное число

Вяз:

зеленая раса

желтая раса

  16,2 1,2  6,9 82,0
Сирень16,25,8
Этиолированные проростки фасоли после освещения в течение: 6 часов 4 дней   

0,3

7,8

   

133,0

13,3

Из данных таблицы видно, что нет прямой зависимости между содержанием хлорофилла и количеством поглощенной СО2. Хлорофилл в растениях всегда содержится в избытке и, очевидно, не весь участвует в фотосинтезе.

Это объясняется тем, что при фотосинтезе наряду с процессами фотохимическими, которые осуществляются при участии хлорофилла, есть процессы чисто химические, которым свет не нужен. Темновые реакции в растениях протекают значительно медленнее, чем световые.

Скорость световой реакции равна 0,00001 секунды, темновой — 0,04 секунды.

Впервые темновые реакции в процессе фотосинтеза обнаружены Ф. Блэкманом. Он установил, что темновая реакция зависит от температуры, и с повышением ее скорость темновых процессов увеличивается. Длительность световых реакций ничтожна, поэтому скорость процесса фотосинтеза определяется главным образом продолжительностью темновых процессов.

Иногда при благоприятных для фотосинтеза условиях (достаточное количество хлорофилла и света) он протекает медленно. Это объясняется тем, что продукты, образующиеся при фотохимических реакциях, не успевают перерабатываться при темновых.

Малое количество хлорофилла позволяет всем образующимся продуктам в фотохимической реакции быстро и полностью перерабатываться при темновой реакции.

: 4,7/5 – 3

Источник: https://LibTime.ru/agro/process-fotosinteza-v-listyax-rastenij.html

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: