I.2 Фотосинтеза, необходимите условия за нея. Тъмна фаза на фотосинтезата Какво е надф в биологията

- синтез на органични вещества от въглероден диоксид и вода със задължително използване на светлинна енергия:

6CO 2 + 6H 2 O + Q светлина → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

При висшите растения органът на фотосинтезата е листът, а органелите на фотосинтезата са хлоропластите (устройство на хлоропластите – лекция No7). Мембраните на хлоропластните тилакоиди съдържат фотосинтетични пигменти: хлорофили и каротеноиди. Има няколко различни вида хлорофил ( a, b, c, d), основният е хлорофилът а. В молекулата на хлорофила може да се различи порфиринова „глава” с магнезиев атом в центъра и фитолова „опашка”. Порфириновата „глава“ е плоска структура, хидрофилна е и следователно лежи върху повърхността на мембраната, която е обърната към водната среда на стромата. Фитоловата “опашка” е хидрофобна и благодарение на това задържа хлорофилната молекула в мембраната.

Хлорофилите абсорбират червената и синьо-виолетовата светлина, отразяват зелената светлина и следователно придават на растенията техния характерен зелен цвят. Молекулите на хлорофила в тилакоидните мембрани са организирани в фотосистеми. Растенията и синьо-зелените водорасли имат фотосистема-1 и фотосистема-2, докато фотосинтезиращите бактерии имат фотосистема-1. Само фотосистема-2 може да разложи водата, за да освободи кислород и да вземе електрони от водорода на водата.

Фотосинтезата е сложен многоетапен процес; реакциите на фотосинтезата се делят на две групи: реакции светлинна фазаи реакции тъмна фаза.

Светлинна фаза

Тази фаза протича само при наличие на светлина в тилакоидните мембрани с участието на хлорофил, електронтранспортни протеини и ензима АТФ синтетаза. Под въздействието на квант светлина електроните на хлорофила се възбуждат, напускат молекулата и навлизат във външната страна на тилакоидната мембрана, която в крайна сметка става отрицателно заредена. Окислените хлорофилни молекули се редуцират, отнемайки електрони от водата, разположена в интратилакоидното пространство. Това води до разграждане или фотолиза на водата:

H 2 O + Q светлина → H + + OH - .

Хидроксилните йони се отказват от своите електрони, превръщайки се в реактивни радикали. OH:

OH - → .OH + e - .

OH радикалите се комбинират, за да образуват вода и свободен кислород:

4НЕ. → 2H 2 O + O 2.

В този случай кислородът се отстранява във външната среда и протоните се натрупват вътре в тилакоида в „протонния резервоар“. В резултат на това тилакоидната мембрана, от една страна, се зарежда положително поради Н +, а от друга, поради електроните, се зарежда отрицателно. Когато потенциалната разлика между външната и вътрешната страна на тилакоидната мембрана достигне 200 mV, протоните се изтласкват през ATP синтетазните канали и ADP се фосфорилира до ATP; Атомният водород се използва за възстановяване на специфичния носител NADP + (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) до NADPH 2:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

По този начин в светлинната фаза настъпва фотолиза на водата, която е придружена от три важни процеса: 1) синтез на АТФ; 2) образуването на NADPH 2; 3) образуването на кислород. Кислородът дифундира в атмосферата, ATP и NADPH 2 се транспортират в стромата на хлоропласта и участват в процесите на тъмната фаза.

1 - строма на хлоропласт; 2 - грана тилакоид.

Тъмна фаза

Тази фаза настъпва в стромата на хлоропласта. Неговите реакции не изискват светлинна енергия, така че протичат не само на светло, но и на тъмно. Реакциите на тъмната фаза са верига от последователни трансформации на въглероден диоксид (идващ от въздуха), водещи до образуването на глюкоза и други органични вещества.

Първата реакция в тази верига е фиксирането на въглероден диоксид; Акцепторът на въглероден диоксид е захар с пет въглерода. рибулоза бифосфат(RiBF); ензимът катализира реакцията Рибулоза бифосфат карбоксилаза(RiBP карбоксилаза). В резултат на карбоксилирането на рибулозния бифосфат се образува нестабилно шествъглеродно съединение, което веднага се разпада на две молекули фосфоглицеринова киселина(FGK). След това възниква цикъл от реакции, при които фосфоглицериновата киселина се превръща чрез серия от междинни продукти в глюкоза. Тези реакции използват енергията на ATP и NADPH 2, образувани в светлинната фаза; Цикълът на тези реакции се нарича "цикъл на Калвин":

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

В допълнение към глюкозата, по време на фотосинтезата се образуват и други мономери на сложни органични съединения - аминокиселини, глицерол и мастни киселини, нуклеотиди. Понастоящем има два вида фотосинтеза: С 3 - и С 4 фотосинтеза.

С 3-фотосинтеза

Това е вид фотосинтеза, при която първият продукт е тривъглеродни (C3) съединения. С 3 фотосинтезата е открита преди С 4 фотосинтезата (М. Калвин). Това е C 3 фотосинтезата, която е описана по-горе, под заглавието „Тъмна фаза“. Характеристики на С3 фотосинтезата: 1) акцепторът на въглеродния диоксид е RiBP, 2) реакцията на карбоксилиране на RiBP се катализира от RiBP карбоксилаза, 3) в резултат на карбоксилирането на RiBP се образува съединение с шест въглерода, което се разлага на два PGA. ФГК се възстановява на триозофосфати(TF). Част от TF се използва за регенерирането на RiBP, а част се превръща в глюкоза.

1 - хлоропласт; 2 - пероксизома; 3 - митохондрии.

Това е зависима от светлината абсорбция на кислород и освобождаване на въглероден диоксид. В началото на миналия век е установено, че кислородът потиска фотосинтезата. Както се оказа, за RiBP карбоксилаза субстратът може да бъде не само въглероден диоксид, но и кислород:

O 2 + RiBP → фосфогликолат (2C) + PGA (3C).

Ензимът се нарича RiBP оксигеназа. Кислородът е конкурентен инхибитор на фиксирането на въглероден диоксид. Фосфатната група се отделя и фосфогликолатът става гликолат, който растението трябва да използва. Той навлиза в пероксизомите, където се окислява до глицин. Глицинът навлиза в митохондриите, където се окислява до серин, със загуба на вече фиксиран въглерод под формата на CO2. В резултат на това две молекули гликолат (2C + 2C) се превръщат в една PGA (3C) и CO 2. Фотодишането води до намаляване на добива на растения С3 с 30-40% ( С 3 растения- растения, характеризиращи се с С 3 фотосинтеза).

C4 фотосинтезата е фотосинтеза, при която първият продукт е четиривъглеродни (C4) съединения. През 1965 г. е установено, че в някои растения (захарна тръстика, царевица, сорго, просо) първите продукти на фотосинтезата са четиривъглеродни киселини. Тези растения бяха наречени С 4 растения. През 1966 г. австралийските учени Hatch и Slack показаха, че C4 растенията практически нямат фотодишане и абсорбират въглеродния диоксид много по-ефективно. Пътят на въглеродните трансформации в С4 растенията започва да се нарича от Hatch-Slack.

С 4 растенията се характеризират със специална анатомична структура на листа. Всички съдови снопове са заобиколени от двоен слой клетки: външният слой е мезофилни клетки, вътрешният слой е обвивни клетки. Въглеродният диоксид се фиксира в цитоплазмата на мезофилните клетки, акцепторът е фосфоенолпируват(PEP, 3C), в резултат на карбоксилиране на PEP се образува оксалоацетат (4C). Процесът се катализира PEP карбоксилаза. За разлика от RiBP карбоксилазата, PEP карбоксилазата има по-голям афинитет към CO 2 и, най-важното, не взаимодейства с O 2 . Мезофилните хлоропласти имат много зърна, където активно протичат светлинни фазови реакции. Реакциите на тъмната фаза протичат в хлоропластите на обвивните клетки.

Оксалоацетатът (4C) се превръща в малат, който се транспортира през плазмодесмата в клетките на обвивката. Тук той се декарбоксилира и дехидрогенира до образуване на пируват, CO 2 и NADPH 2 .

Пируватът се връща в клетките на мезофила и се регенерира с помощта на енергията на АТФ в PEP. CO 2 отново се фиксира от RiBP карбоксилаза, за да се образува PGA. Регенерирането на PEP изисква ATP енергия, така че изисква почти два пъти повече енергия от С3 фотосинтезата.

Значението на фотосинтезата

Благодарение на фотосинтезата милиарди тонове въглероден диоксид се абсорбират от атмосферата всяка година и се отделят милиарди тонове кислород; фотосинтезата е основният източник на образуване на органични вещества. Кислородът образува озоновия слой, който предпазва живите организми от късовълнова ултравиолетова радиация.

По време на фотосинтезата зеленото листо използва само около 1% от слънчевата енергия, която пада върху него, производителността е около 1 g органична материя на 1 m2 повърхност на час.

Хемосинтеза

Синтезът на органични съединения от въглероден диоксид и вода, извършван не поради енергията на светлината, а поради енергията на окисление на неорганични вещества, се нарича хемосинтеза. Хемосинтезиращите организми включват някои видове бактерии.

Нитрифициращи бактерииамонякът се окислява до азотиста и след това до азотна киселина (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Железни бактериипревръщат двувалентното желязо в железен оксид (Fe 2+ → Fe 3+).

Серни бактерииокисляват сероводорода до сяра или сярна киселина (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

В резултат на окислителните реакции на неорганичните вещества се освобождава енергия, която се съхранява от бактериите под формата на високоенергийни АТФ връзки. АТФ се използва за синтеза на органични вещества, който протича подобно на реакциите на тъмната фаза на фотосинтезата.

Хемосинтетичните бактерии допринасят за натрупването на минерали в почвата, подобряват плодородието на почвата, насърчават пречистването на отпадъчни води и др.

Отидете на лекции No11„Концепцията за метаболизма. Биосинтеза на протеини"

Отидете на лекции No13„Методи на делене на еукариотни клетки: митоза, мейоза, амитоза“

Има три вида пластиди:

хлоропласти- зелено, функция - фотосинтеза
хромопласти- червени и жълти, са разрушени хлоропласти, могат да дадат ярки цветове на венчелистчета и плодове.
левкопласти- безцветен, функция - съхранение на вещества.

Структурата на хлоропластите

Покрити с две мембрани. Външната мембрана е гладка, вътрешната има израстъци навътре - тилакоиди. Купчините от къси тилакоиди се наричат зърна, те увеличават площта на вътрешната мембрана, за да поемат възможно най-много фотосинтетични ензими.

Вътрешната среда на хлоропласта се нарича строма. Съдържа кръгова ДНК и рибозоми, поради което хлоропластите самостоятелно изграждат част от своите протеини, поради което се наричат полуавтономни органели. (Смята се, че преди пластидите са били свободни бактерии, които са били абсорбирани от голяма клетка, но не са били усвоени.)

Фотосинтеза (проста)

В зелените листа на светло
В хлоропластите с помощта на хлорофил
От въглероден диоксид и вода
Синтезират се глюкоза и кислород.

Фотосинтеза (средна трудност)

1. Светлинна фаза.
Среща се на светлина в граната на хлоропластите. Под въздействието на светлината се извършва разлагане (фотолиза) на водата, при което се отделя кислород, както и водородни атоми (NADP-H) и енергия на АТФ, които се използват в следващия етап.

2. Тъмна фаза.
Среща се както на светлина, така и на тъмно (светлина не е необходима), в стромата на хлоропластите. От въглероден диоксид, получен от околната среда, и водородни атоми, получени в предишния етап, глюкозата се синтезира, като се използва енергията на АТФ, получена в предишния етап.

1. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която се случва: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) образуване на NADP-2H молекули
Б) отделяне на кислород
Б) синтез на монозахариди
Г) синтез на АТФ молекули
Г) добавяне на въглероден диоксид към въглехидрати

Отговор

2. Установете съответствие между характеристиката и фазата на фотосинтезата: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) фотолиза на вода
Б) фиксиране на въглероден диоксид
Б) разделяне на АТФ молекули
Г) възбуждане на хлорофила от светлинни кванти
Г) синтез на глюкоза

Отговор

3. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която протича: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) образуване на NADP*2H молекули
Б) отделяне на кислород
Б) синтез на глюкоза
Г) синтез на АТФ молекули
Г) намаляване на въглеродния диоксид

Отговор

4. Установете съответствие между процесите и фазата на фотосинтезата: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) полимеризация на глюкоза
B) свързване на въглероден диоксид
Б) Синтез на АТФ
Г) фотолиза на вода
Г) образуване на водородни атоми
Д) синтез на глюкоза

Отговор

5. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) протича фотолиза на водата
Б) Образува се АТФ
Б) в атмосферата се отделя кислород
Г) протича с разхода на АТФ енергия
Г) реакциите могат да възникнат както на светлина, така и на тъмно

Отговор

6 сб. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светлина, 2) тъмнина. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) възстановяване на NADP+
Б) транспорт на водородни йони през мембраната
Б) среща се в граната на хлоропластите
Г) синтезират се въглехидратни молекули
Г) електроните на хлорофила се преместват на по-високо енергийно ниво
E) Консумира се ATP енергия

Отговор

ФОРМИРАНЕ 7:
А) движение на възбудени електрони
B) превръщане на NADP-2R в NADP+

Анализирайте таблицата. Попълнете празните клетки в таблицата, като използвате дадените в списъка понятия и термини. За всяка клетка с букви изберете подходящия термин от предоставения списък.
1) тилакоидни мембрани
2) светлинна фаза
3) фиксиране на неорганичен въглерод
4) фотосинтеза на вода
5) тъмна фаза
6) клетъчна цитоплазма

Отговор

Анализирайте таблицата „Реакции на фотосинтезата“. За всяка буква изберете съответния термин от предоставения списък.
1) окислително фосфорилиране
2) окисление на NADP-2H
3) тилакоидни мембрани
4) гликолиза
5) добавяне на въглероден диоксид към пентозата
6) образуване на кислород
7) образуване на рибулозодифосфат и глюкоза
8) синтез на 38 АТФ

Отговор

Изберете три опции. Тъмната фаза на фотосинтезата се характеризира с
1) появата на процеси върху вътрешните мембрани на хлоропластите
2) синтез на глюкоза
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) хода на процесите в стромата на хлоропластите
5) наличието на фотолиза на водата
6) Образуване на АТФ

Отговор

1. Характеристиките, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на структурата и функциите на изобразената клетъчна органела. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.

2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза

5) има полуавтономия

Отговор

2. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, могат да се използват за описание на клетъчния органел, показан на фигурата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) едномембранен органел
2) се състои от кристи и хроматин
3) съдържа кръгова ДНК
4) синтезира собствен протеин
5) способен на разделяне

Отговор

Всички от следните характеристики, с изключение на две, могат да се използват за описание на структурата и функциите на хлоропласта. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) е органела с двойна мембрана
2) има собствена затворена ДНК молекула
3) е полуавтономен органел
4) образува вретеното
5), изпълнен с клетъчен сок със захароза

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Клетъчен органел, съдържащ ДНК молекула
1) рибозома
2) хлоропласт
3) клетъчен център
4) Комплекс Голджи

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В синтеза на какво вещество участват водородните атоми в тъмната фаза на фотосинтезата?
1) NADP-2H
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода

Отговор

Всички от следните характеристики, с изключение на две, могат да се използват за определяне на процесите на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) фотолиза на вода

4) образуване на молекулярен кислород

Отговор

Изберете два верни отговора от пет и запишете числата, под които са посочени. По време на светлинната фаза на фотосинтезата в клетката
1) кислородът се образува в резултат на разлагането на водните молекули
2) въглехидратите се синтезират от въглероден диоксид и вода
3) настъпва полимеризация на молекулите на глюкозата, за да се образува нишесте
4) Синтезират се АТФ молекули
5) енергията на молекулите на АТФ се изразходва за синтеза на въглехидрати

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Коя клетъчна органела съдържа ДНК?
1) вакуола
2) рибозома
3) хлоропласт
4) лизозома

Отговор

Вмъкнете в текста „Синтез на органични вещества в растение“ липсващите термини от предложения списък, като използвате цифрови обозначения. Запишете избраните числа в реда, съответстващ на буквите. Растенията съхраняват необходимата за съществуването си енергия под формата на органични вещества. Тези вещества се синтезират по време на __________ (A). Този процес се случва в клетките на листата в __________ (B) - специални зелени пластиди. Те съдържат специално зелено вещество – __________ (B). Предпоставка за образуването на органични вещества в допълнение към водата и въглеродния диоксид е __________ (D).
Списък с термини:
1) дишане
2) изпаряване
3) левкопласт
4) храна
5) светлина
6) фотосинтеза
7) хлоропласт
8) хлорофил

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В клетките първичният синтез на глюкоза се осъществява в
1) митохондрии
2) ендоплазмен ретикулум
3) Комплекс Голджи
4) хлоропласти

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Молекулите на кислорода по време на фотосинтезата се образуват поради разлагането на молекулите
1) въглероден диоксид
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Верни ли са следните твърдения за фотосинтезата? А) В светлинната фаза енергията на светлината се преобразува в енергията на химичните връзки на глюкозата. Б) Реакциите на тъмната фаза протичат върху тилакоидните мембрани, в които влизат молекулите на въглеродния диоксид.
1) само А е правилно
2) само B е правилно
3) и двете преценки са правилни
4) и двете преценки са неправилни

Отговор

1. Установете правилната последователност от процеси, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) Използване на въглероден диоксид
2) Образуване на кислород
3) Синтез на въглехидрати
4) Синтез на АТФ молекули
5) Възбуждане на хлорофила

Отговор

2. Установете правилната последователност на процесите на фотосинтеза.
1) преобразуване на слънчевата енергия в ATP енергия
2) образуване на възбудени електрони на хлорофил
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) образуване на нишесте
5) превръщане на енергията на АТФ в енергия на глюкозата

Отговор

3. Установете последователността на процесите, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете съответната последователност от числа.

2) Разграждане на АТФ и освобождаване на енергия
3) синтез на глюкоза
4) синтез на АТФ молекули
5) стимулиране на хлорофила

Отговор

Изберете три характеристики на структурата и функциите на хлоропластите
1) вътрешните мембрани образуват кристи
2) много реакции протичат в зърната
3) в тях се извършва синтез на глюкоза
4) са мястото на липидния синтез
5) се състои от две различни частици
6) двойномембранни органели

Отговор

Посочете три верни твърдения от общия списък и запишете номерата, под които са посочени в таблицата. По време на светлинната фаза на фотосинтезата се случва
1) фотолиза на вода
2) редукция на въглеродния диоксид до глюкоза
3) синтез на АТФ молекули с помощта на енергията на слънчевата светлина
4) водородна връзка с NADP+ транспортера
5) използване на енергията на АТФ молекулите за синтеза на въглехидрати

Отговор

Всички освен две от изброените по-долу характеристики могат да се използват за описание на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) се образува страничен продукт - кислород
2) се среща в стромата на хлоропласта
3) свързване на въглероден диоксид
4) Синтез на АТФ
5) фотолиза на вода

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Процесът на фотосинтеза трябва да се разглежда като една от важните връзки в кръговрата на въглерода в биосферата, тъй като по време на нейния
1) растенията абсорбират въглерод от неживата природа в живата материя
2) растенията отделят кислород в атмосферата
3) организмите отделят въглероден диоксид по време на дишането
4) промишленото производство допълва атмосферата с въглероден диоксид

Отговор

Установете съответствие между етапите на процеса и процесите: 1) фотосинтеза, 2) биосинтеза на протеини. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) освобождаване на свободен кислород
Б) образуване на пептидни връзки между аминокиселините
Б) синтез на иРНК върху ДНК
Г) процес на превод
Г) възстановяване на въглехидратите
E) превръщане на NADP+ в NADP 2H

Отговор

Изберете клетъчни органели и техните структури, участващи в процеса на фотосинтеза.
1) лизозоми
2) хлоропласти
3) тилакоиди
4) зърна
5) вакуоли
6) рибозоми

Отговор

Следните термини, с изключение на два, се използват за описание на пластидите. Посочете два термина, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) пигмент
2) гликокаликс
3) грана
4) Криста
5) тилакоид

Отговор

Всички освен две от следните характеристики могат да се използват за описание на процеса на фотосинтеза. Определете две характеристики, които „отпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени във вашия отговор.
1) За осъществяване на процеса се използва светлинна енергия.
2) Процесът протича в присъствието на ензими.
3) Централна роля в процеса принадлежи на молекулата на хлорофила.
4) Процесът е придружен от разпадане на молекулата на глюкозата.
5) Процесът не може да се случи в прокариотни клетки.

Отговор

Следните понятия, с изключение на две, се използват за описание на тъмната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две концепции, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) фиксиране на въглероден диоксид
2) фотолиза
3) окисление на NADP 2H
4) грана
5) строма

Отговор

Характеристиките, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на структурата и функциите на изобразената клетъчна органела. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) разгражда биополимерите до мономери
2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза
4) се отнася до органели с двойна мембрана
5) има полуавтономия

Отговор

Установете съответствие между процесите и тяхната локализация в хлоропластите: 1) строма, 2) тилакоид. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) използване на АТФ
Б) фотолиза на вода
Б) стимулиране на хлорофила
Г) образуване на пентоза
Г) трансфер на електрони по ензимната верига

Отговор

Както подсказва името, фотосинтезата е по същество естественият синтез на органични вещества, превръщайки CO2 от атмосферата и водата в глюкоза и свободен кислород.

Това изисква наличието на слънчева енергия.

Химичното уравнение за процеса на фотосинтезата може най-общо да бъде представено по следния начин:

Фотосинтезата има две фази: тъмна и светла. Химичните реакции на тъмната фаза на фотосинтезата се различават значително от реакциите на светлата фаза, но тъмната и светлата фаза на фотосинтезата зависят една от друга.

Светлинната фаза може да се появи в листата на растенията изключително на слънчева светлина. За тъмнината е необходимо наличието на въглероден диоксид, поради което растението трябва постоянно да го абсорбира от атмосферата. Всички сравнителни характеристики на тъмната и светлата фаза на фотосинтезата ще бъдат дадени по-долу. За тази цел е създадена сравнителна таблица „Фази на фотосинтезата“.

Светлинна фаза на фотосинтезата

Основните процеси в светлинната фаза на фотосинтезата протичат в тилакоидните мембрани. Той включва хлорофил, транспортни протеини на електрони, АТФ синтетаза (ензим, който ускорява реакцията) и слънчева светлина.

По-нататък механизмът на реакцията може да бъде описан по следния начин: когато слънчевата светлина удари зелените листа на растенията, в тяхната структура се възбуждат електрони на хлорофила (отрицателен заряд), които, след като преминат в активно състояние, напускат молекулата на пигмента и се озовават върху извън тилакоида, чиято мембрана също е отрицателно заредена. В същото време молекулите на хлорофила се окисляват, а вече окислените се редуцират, като по този начин отнемат електрони от водата, която е в структурата на листата.

Този процес води до факта, че водните молекули се разпадат и йоните, създадени в резултат на фотолизата на водата, се отказват от своите електрони и се превръщат в ОН радикали, които са способни да извършват по-нататъшни реакции. След това тези реактивни ОН радикали се комбинират, за да създадат пълноценни водни молекули и кислород. В този случай свободният кислород излиза във външната среда.

В резултат на всички тези реакции и трансформации листната тилакоидна мембрана от едната страна се зарежда положително (заради Н+ йона), а от другата – отрицателно (заради електроните). Когато разликата между тези заряди от двете страни на мембраната достигне повече от 200 mV, протоните преминават през специални канали на ензима АТФ синтетаза и поради това АДФ се превръща в АТФ (в резултат на процеса на фосфорилиране). А атомарният водород, който се отделя от водата, възстановява специфичния носител NADP+ до NADP·H2. Както виждаме, в резултат на светлинната фаза на фотосинтезата протичат три основни процеса:

синтез на АТФ;
създаване на NADP H2;
образуване на свободен кислород.

Последният се отделя в атмосферата, а NADP H2 и ATP участват в тъмната фаза на фотосинтезата.

Тъмна фаза на фотосинтезата

Тъмната и светлата фаза на фотосинтезата се характеризират с големи енергийни разходи от страна на растението, но тъмната фаза протича по-бързо и изисква по-малко енергия. Реакциите на тъмната фаза не изискват слънчева светлина, така че могат да се появят както през деня, така и през нощта.

Всички основни процеси на тази фаза протичат в стромата на растителния хлоропласт и представляват уникална верига от последователни трансформации на въглероден диоксид от атмосферата. Първата реакция в такава верига е фиксирането на въглероден диоксид. За да се случи това по-плавно и по-бързо, природата е осигурила ензима RiBP-карбоксилаза, който катализира фиксирането на CO2.

След това възниква цял цикъл от реакции, чието завършване е превръщането на фосфоглицериновата киселина в глюкоза (естествена захар). Всички тези реакции използват енергията на ATP и NADP H2, които са създадени в светлинната фаза на фотосинтезата. В допълнение към глюкозата, фотосинтезата произвежда и други вещества. Сред тях са различни аминокиселини, мастни киселини, глицерол и нуклеотиди.

Фази на фотосинтезата: сравнителна таблица

*Критерии за сравнение*	*Светлинна фаза*	*Тъмна фаза*
слънчева светлина	Задължително	Не е задължително
Място на реакцията	Хлоропласт грана	Хлоропластна строма
Зависимост от източник на енергия	Зависи от слънчевата светлина	Зависи от ATP и NADP H2, образувани в светлинната фаза и от количеството CO2 от атмосферата
Изходни материали	Хлорофил, електронтранспортни протеини, АТФ синтетаза	Въглероден двуокис
Същността на фазата и какво се образува	Освобождава се свободен О2, образуват се АТФ и НАДФ Н2	Образуване на естествена захар (глюкоза) и абсорбиране на CO2 от атмосферата

Фотосинтеза - видео

NADH – основата на енергията и живота

В обичайния си смисъл биологичният живот може да се определи като способността да се генерира енергия в клетката. Тази енергия е високоенергийни фосфатни връзки на химикали, синтезирани в тялото. Най-важните високоенергийни съединения са аденозин трифосфат (ATP), гуанозин трифосфат (GTP), креатин фосфорна киселина, никотинамид динуклеотид фосфат (NAD(H) и NADP(H)), фосфорилирани въглехидрати.

Никотинамид аденин динуклеотид (NADH) е коензим, присъстващ във всички живи клетки и е част от дехидрогеназната група ензими, които катализират редокс реакциите; изпълнява функцията на носител на електрони и водород, които получава от окисляеми вещества. Редуцираната форма (NADH) е способна да ги прехвърля към други вещества.

Как да подобрим производителността

Какво е NADH? Много хора го наричат „съкращение от живот“. И наистина е така. NADH (никотинамид аденин динуклеотид коензим) се намира във всички живи клетки и е жизненоважен елемент, чрез който се произвежда енергия вътре в клетките. NADH участва в производството на АТФ (АТФ). NAD(H), като универсална енергийна молекула, за разлика от ATP, може постоянно да разтоварва митохондриите от прекомерното натрупване на лактат към образуването на пируват от него, поради стимулиране на пируват дехидрогеназния комплекс, който е чувствителен специално към NAD(H) /NAD съотношение.

Синдром на хроничната умора: Фокус върху митохондриите

Редица клинични проучвания показват ефективността на NADH лекарства при CFS. Дневната доза обикновено е 50 mg. Най-мощният ефект се наблюдава след 2-4 седмици лечение. Умората намалява с 37-52%. Освен това се подобри такъв обективен когнитивен параметър като концентрацията на вниманието.

NADH при лечението на синдрома на хроничната умора

NADH (витамин B3 коензим), присъстващ във всички живи клетки, е част от групата на дехидрогеназата от ензими, които катализират редокс реакциите; изпълнява функцията на носител на електрони и водород, които получава от окисляеми вещества. Той е резервен източник на енергия в клетките. Той участва в почти всички реакции на производство на енергия, осигурявайки клетъчното дишане. Като влияе върху съответните процеси в мозъка, коензимът на витамин В3 може да предотврати смъртта на нервните клетки по време на хипоксия или промени, свързани с възрастта. Участва в процесите на детоксикация в черния дроб. Наскоро беше установена способността му да блокира лактат дехидрогеназата и по този начин да ограничи исхемичното и/или хипоксичното увреждане на миокарда. Проучванията за ефективността на пероралното приложение при лечението на синдрома на хроничната умора потвърждават неговия активиращ ефект върху състоянието на хората.

NADH в спорта и медицината: преглед на чуждестранна литература

Писахме за NADH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) в предишни статии. Сега искаме да предоставим информация от англоезични източници за ролята и значението на това вещество в енергийния метаболизъм в организма, ефекта му върху нервната система и ролята му в развитието на редица патологични ситуации и перспективите за използване в медицина и спорт. (Изтеглете монография за NADH).

Herbalife Quickspark коензим 1 (NADH) ATP енергия

Естествена енергия на клетъчно ниво

Quickspark е продукт на компанията Herbalife. Това е стабилна форма на витамин В3 коензим1. CoEnzyme1 е открит през 1906 г. в Австрия от учен на име професор Джордж Биркмайер. CoEnzyme1 е разработен за медицински цели и е използван през Втората световна война.

NADH (енада)

Никотинамид аденин динуклеотид (NADH) е вещество, което подпомага функционирането на ензимите в тялото. NADH играе роля в производството на енергия и помага за производството на L-dopa, който тялото превръща в невротрансмитер допамин. NADH се оценява за много състояния и може да бъде полезен за подобряване на умствената функционалност и паметта.

Ензимите, подобно на протеините, се разделят на 2 групи: простоИ комплекс. Простите се състоят изцяло от аминокиселини и при хидролиза образуват изключително аминокиселини.Пространствената им организация е ограничена от третичната структура. Това са главно стомашно-чревни ензими: пепсин, трипсин, лизацим, фосфатаза. Сложните ензими освен белтъчната част съдържат и небелтъчни компоненти.Тези небелтъчни компоненти се различават по силата на свързване с белтъчната част (алоензим). Ако константата на дисоциация на сложен ензим е толкова малка, че в разтвора всички полипептидни вериги са свързани с техните непротеинови компоненти и не се разделят по време на изолирането и пречистването, тогава непротеиновият компонент се нарича протезна група и се разглежда като неразделна част от ензимната молекула.

Под коензим разбирайте допълнителна група, която лесно се отделя от алоензима при дисоциация. Между алоензима и най-простата група има доста сложна ковалентна връзка. Съществува нековалентна връзка (водородни или електростатични взаимодействия) между алоензима и коензима. Типични представители на коензимите са:

B 1 - тиамин; пирофосфат (съдържа B)

B 2 - рибофлавин; FAD, FNK

ПП - НАД, НАДП

H – биотин; биозитин

B 6 - пиридоксин; пиридоксал фосфат

Пантотенова киселина: коензим А

Много двувалентни метали (Cu, Fe, Mn, Mg) също действат като кофактори, въпреки че не са нито коензими, нито простетични групи. Металите са част от активния център или стабилизират оптималната структура на активния център.

МЕТАЛИЕНЗИМИ

Fe, фехемоглобин, каталаза, пероксидаза

Cu,Cu цитохромоксидаза

ZnDNA – полимераза, дехидрогеназа

Мгхексокиназа

Мнаргиназа

Сеглутатион редуктаза

АТФ, млечната киселина и тРНК също могат да изпълняват кофакторна функция. Трябва да се отбележи една отличителна черта на двукомпонентните ензими, която е, че нито кофакторът (коензим или простетична група), нито алоензимът поотделно проявяват каталитична активност, а само тяхното интегриране в едно цяло, протичащо в съответствие с програмата на техните три -размерна организация, осигуряваща бързото протичане на химичните реакции.

Структура на NAD и NADP.

NAD и NADP са коензими на пиридин-зависими дехидрогенази.

НИКОТИНАМИД АДНИН ДИН НУКЛЕОТИД.

НИКОТИНАМИД АДНИН ДИН НУКЛЕОАМИД ФОСФАТ (NADP)

Способността на NAD и NADP да играят ролята на точен носител на водород се свързва с наличието в тяхната структура -

реамид на никотиновата киселина.

В клетките участват NAD-зависими дехидрогенази

в процесите на пренос на електрони от субстрата към O.

NADP-зависимите дехидрогенази играят роля в процеса -

сах биосинтеза. Следователно коензимите NAD и NADP

се различават по вътреклетъчна локализация: NAD

концентрирани в митохондриите и по-голямата част от NADP

се намира в цитоплазмата.

Структура на FAD и FMN.

FAD и FMN са простетични групи от флавинови ензими. Те са много здраво свързани с алоензима, за разлика от NAD и NADP.

ФЛАВИН МОНОНУКЛЕОТИД (FMN).

ФЛАВИНАЦЕТИЛДИНУКЛЕОТИД.

Активната част на молекулата на FAD и FMN е изоалоксадиновият пръстен рибофлавин, към чиито азотни атоми могат да бъдат прикрепени 2 водородни атома.