Фотосинтез

Содержание

Слайд 2

ФОТОСИНТЕЗ – образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии

ФОТОСИНТЕЗ – образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием
солнечного света. 

Основной исходный материал для Ф/С:
СО2 - атмосфера
Н20 – почва
N,P,S – в виде солей из почвы
В процессе Ф/С выделяется О2, необходимый для дыхания.

Слайд 3

Джозеф Пристли

В 1771 году  открыл фотосинтез
В 1778 году  доказал, что при фотосинтезе растения поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород.

Эксперимент

Джозеф Пристли В 1771 году открыл фотосинтез В 1778 году доказал, что
Д. Пристли.

Слайд 4

Вильгельм Пфеффер

в 1877 году предложил термин «фотосинтез»

Пьер Жозеф Пеллетье

Жозеф Бьенеме Каванту

Термин «хлорофилл» был

Вильгельм Пфеффер в 1877 году предложил термин «фотосинтез» Пьер Жозеф Пеллетье Жозеф
предложен в 1818 году французскими химиками П. Пельтье и Ж. Каванту. Он образован из греческих слов «хлорос» - зеленый - и «филлон» - лист. 

Слайд 5

Фотосинтез

Фотосинтез

Слайд 6

Фотосинтетические пигменты 
Хлорофиллы
Каратиноиды
Ксантофиллы
Пигменты зеленого листа:
•  хлорофилл а 
•  хлорофилл b
•  β-каротин 
• ксантофиллы (виолоксантин, лютеин, зеаксантин,

Фотосинтетические пигменты Хлорофиллы Каратиноиды Ксантофиллы Пигменты зеленого листа: • хлорофилл а •
антероксантин, неоксантин)

Слайд 7

Хлорофилл

Единственная молекула, которая может поглощать солнечный свет и трансформировать его  в  энергию 

Хлорофилл Единственная молекула, которая может поглощать солнечный свет и трансформировать его в
электронов,  а  также  обратимо  окисляться  благодаря  системе сопряженных  π-связей.  

Слайд 8

Фотосинтетические пигменты

Хлорофиллы
Содержат катион Mg2+
Тетрапиррольное кольцо
Хлорофилл a
Входит в реакционные центры обеих фотосистем
Имеется фитольный

Фотосинтетические пигменты Хлорофиллы Содержат катион Mg2+ Тетрапиррольное кольцо Хлорофилл a Входит в
хвост → закрепление на мембране тилакоида
Максимум поглощения - 680 нм

Слайд 9

Фотосинтетические пигменты

Хлорофилл b
Входит в светособирающие комплексы обеих фотосистем
Спектры поглощения хлорофиллов а и b.
Два

Фотосинтетические пигменты Хлорофилл b Входит в светособирающие комплексы обеих фотосистем Спектры поглощения
основных максимума поглощения – в области синего (400-450нм)  и красного (640- 700нм) света.

Слайд 10

Различия между хлорофиллами

Хл. а

Хл. с2 Хл. d

Бхл. а Бхл. с

Хл. с1

2

Бурые, диатомовые

Различия между хлорофиллами Хл. а Хл. с2 Хл. d Бхл. а Бхл.
Красные

Слайд 11

Возбуждение хлорофилла

Красный свет – наиболее эффективен для фотосинтеза, т.к. не перевозбуждает молекулы

Возбуждение хлорофилла Красный свет – наиболее эффективен для фотосинтеза, т.к. не перевозбуждает
хлорофилла
При поглощении кванта света электрон поднимается на более высокий уровень. Для перехода на S1 достаточно кванта света из длинноволновой (красной) области, а для перехода  на  S2 из  синей  (квант  с  большей  энергией). 
При  оптимальном  освещении  разделение  зарядов  в  РЦ  происходит  100-200  раз  в секунду.
При попадании в РЦ молекула хлорофилла окисляется – отдает свой электрон молекуле-акцептору.
Далее электрон идет по цепи переносчиков в составе ЭТЦ, при этом идет запасание энергии в виде протонного градиента.

Слайд 12

Каротиноиды
Изопреновая структура
Улавливание фотонов и передача в реакционные центры
Рассеяние избыточной энергии
Каротины: β-каротин и

Каротиноиды Изопреновая структура Улавливание фотонов и передача в реакционные центры Рассеяние избыточной
другие
Максимумы поглощения – синяя область спектра 400-550нм,

β-каротин

По содержанию кислорода каротиноиды делят на два класса: каротины (C40H56) — пигменты,  не  содержащие  кислорода  (  α-,  β- и  γ-каротины),  и  ксантофиллы  — пигменты, которые содержат кислород. 

Слайд 13

Фотосинтетические пигменты

Ксантофиллы: зеаксантин, антераксантин, виолаксантин → виолаксантиновый цикл (защита от переосвещения)

Фотосинтетические пигменты Ксантофиллы: зеаксантин, антераксантин, виолаксантин → виолаксантиновый цикл (защита от переосвещения)

Слайд 14

Фотовыцветание

Фотовыцветание

Слайд 15

Наружная мембрана

Внутреннаяя
мембрана

Ламеллы

Строма

Тилакоиды

Рибосомы

Пластидная ДНК

Грана

Хлорофилл

Пластиды

Наружная мембрана Внутреннаяя мембрана Ламеллы Строма Тилакоиды Рибосомы Пластидная ДНК Грана Хлорофилл Пластиды

Слайд 16

Хлоропласты большинства растений способны перемещаться в клетке в зависимости от интенсивности освещения

Хлоропласты большинства растений способны перемещаться в клетке в зависимости от интенсивности освещения
и его направления.
Сильный свет вызывает отрицательный фототаксис хлоропластов, обуславливая их перемещение к боковым стенкам клеток палисадной  паренхимы. 

Слайд 17

Фотосистемы

Фотосистема – примерно 300 молекул хлорофилла, собирающих свет. Осуществляют первичные реакции фотосинтеза:

Фотосистемы Фотосистема – примерно 300 молекул хлорофилла, собирающих свет. Осуществляют первичные реакции
поглощение света, преобразование энергии и перенос е-.
Все фотосистемы подразделяют на два типа – фотосистема I и подобные фотосистема II. Фотосистема – примерно 300 молекул хлорофилла, собирающих свет. Осуществляют первичные реакции фотосинтеза: поглощение света, преобразование энергии и перенос е-.
Все фотосистемы подразделяют на два типа – фотосистема I и подобные фотосистема II.

Пространственная структура фотосистемы 1 (ФС1)

Пространственная структура фотосистемы 2 (ФС2)

Слайд 18

внутри тилакоида

снаружи тилакоида

цитохром

фотосистема II

фотосистема I

Фотосистемы:

внутри тилакоида снаружи тилакоида цитохром фотосистема II фотосистема I Фотосистемы:

Слайд 19

Фотосистема I.

Фотосистема  I  высших  растений  и  водорослей  представляет  собой  интегральный пигмент-белковый комплекс

Фотосистема I. Фотосистема I высших растений и водорослей представляет собой интегральный пигмент-белковый
молекулярной массой около 340 кДа, состоящий из 13 пептидов. 
В  структуре  комплекса выделяют  центральную  часть  из  двух  крупных белков (А и В) и два периферийных домена — со стороны стромы (белки C, D и E) и стороны люмена (белки F и N)).
К комплексу белков фотосистемы I примыкают белки внешней антенны ССК I. Белки А,  В  и  С  включают  первичный  донор электронов  — димер  хлорофиллов  а  с максимумом поглощения 700 нм (П700);

Слайд 20

Фотосистема II.

Реакционный центр фотосистемы II включает первичный донор электронов — димер хлорофилла 

Фотосистема II. Реакционный центр фотосистемы II включает первичный донор электронов — димер
а  с максимумом  поглощения  680  нм  (П680);  два  первичных  акцептора электронов феофитина а (Phe); вторичные акцепторы — молекулы пластохинона ( QA и QB .  Ядро  реакционного  центра фотосистемы  II  составляют  два мембранных  белка,  известных  как  D1 и  D2. 

Слайд 21

ФАЗЫ ФОТОСИНТЕЗА
СВЕТОВАЯ ФАЗА.
Происходит на свету в тилакоидах.
Световая фаза – этап фотосинтеза,

ФАЗЫ ФОТОСИНТЕЗА СВЕТОВАЯ ФАЗА. Происходит на свету в тилакоидах. Световая фаза –
в течение которого за счёт энергии солнца образуются богатые энергией соединения АТФ и молекулы - носители энергии.

Слайд 22

Световая фаза фотосинтеза

Хлорофилл поглощает энергию солнечного света (hν), которая используется для:
-синтеза молекул

Световая фаза фотосинтеза Хлорофилл поглощает энергию солнечного света (hν), которая используется для:
АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.
Фотолиза (расщепления) молекул воды: 2H2O = 4H+ + 4e- + O2. (реакция Хилла)
Кислород, образующийся при расщеплении, выделяется в окружающую среду в свободной форме.
Под действием Е hν молекула хлорофилла возбуждается и 1 е- переходит на более высокий энергетический уровень.
Этот е-, двигаясь по цепи переносчиков (белков мембраны хлоропласта), отдаёт избыточную энергию на ОВР (синтез молекул АТФ).

Слайд 23

Световая фаза:

1. Молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает квант света и переходит в

Световая фаза: 1. Молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает квант света и переходит
возбужденное состояние. При этом электрон выбивается из молекулы хлорофилла

2. Богатый энергией электроны, поступает в особую цепь переносчиков и передаются на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются и мембрана заряжается отрицательно

Слайд 24

Световая фаза:

снаружи тилакоида

внутри тилакоида

Световая фаза: снаружи тилакоида внутри тилакоида

Слайд 25

Световая фаза:

3. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом П680 фотосистемы ІІ, переводит электрон

Световая фаза: 3. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом П680 фотосистемы ІІ, переводит
в возбужденное состояние и выбивает его из молекулы

4. Электрон захватывается акцепторами переносчиками, перемещаясь от одного акцептора к другому, он теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ

Слайд 26

Световая фаза:

АТФ

Световая фаза: АТФ

Слайд 27

Световая фаза:

5. Электрон поступает в фотосистему I и восстанавливает молекулу П700. При

Световая фаза: 5. Электрон поступает в фотосистему I и восстанавливает молекулу П700.
этом молекула П70О возвращается в исходное
состояние и становится вновь способной поглощать свет

6. Молекула хлорофилла П680 фотосистемы II восстанавливает свой электрон за счет фотолиза воды, т.е. расщепление воды под действием энергии света на Н+ + ОН-

Слайд 28

Световая фаза:

Н2О

= Н+ + ОН-

Н+

Н+

Н+

Световая фаза: Н2О = Н+ + ОН- Н+ Н+ Н+

Слайд 29

Световая фаза:

7. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате внутренняя

Световая фаза: 7. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате
поверхность мембраны заряжается положительно

8. При достижении критической величины разности потенциалов протоны Н+ проталкиваются через канал АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза молекул АТФ

Слайд 30

Световая фаза:

Н2О

= Н+ + ОН-

Н+

Н+

Н+

АТФ

НАДФ +2Н = НАДФ·Н2

Н+ + е

Световая фаза: Н2О = Н+ + ОН- Н+ Н+ Н+ АТФ НАДФ
Н0

Слайд 31

Световая фаза:

9. Катионы водорода на наружной стороне мембраны присоединяют электроны молекулы хлорофилла,

Световая фаза: 9. Катионы водорода на наружной стороне мембраны присоединяют электроны молекулы
образуя атомарный водород, который с помощью переносчика НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) поступает в строму хлоропласта на синтез глюкозы

Н+ + е Н0

2Н + НАДФ = НАДФ·Н2

Слайд 32

Световая фаза:

ОН- е ОН

4ОН 2Н2О +О2

Световая фаза: ОН- е ОН 4ОН 2Н2О +О2

Слайд 33

Световая фаза:

Ионы гидроксильной группы отдают свои электроны, превращаясь в радикалы:
ОН- е

Световая фаза: Ионы гидроксильной группы отдают свои электроны, превращаясь в радикалы: ОН-
ОН.
Этот электрон закрывает «дыру» в молекуле хлорофилла фотосистемы II. 4ОН 2Н2О +О2

Таким образом, в результате переноса электронов и протонов через мембрану происходит превращение световой энергии в химическую энергию связей молекул АТФ – фотофосфорилирование

Слайд 34

Н2О

НАДФ

Следовательно, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II и I,

Н2О НАДФ Следовательно, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II
и затем к НАДФ – нециклический поток электронов

Световая фаза:

Слайд 35

Световая фаза:

Таким образом, энергия солнечного света порождает три процесса:
1) Образование кислорода

Световая фаза: Таким образом, энергия солнечного света порождает три процесса: 1) Образование
вследствие фотолиза воды
2) Синтез АТФ
Образование атомов водорода в форме НАДФ·Н 2
Оба продукта световой фазы используются на следующем этапе при восстановлении СО2.

Слайд 36

Цепь переноса электронов в ФСII

В реакционном центре – 2 молекулы хл a

Цепь переноса электронов в ФСII В реакционном центре – 2 молекулы хл
(P680)
Электрон с молекулы хл a переходит на феофитин и тут же – на QA (связанный пластохинон), с него – на QB (свободный пластохинон).
Когда на QB приходит 2 электрона, он диссоциирует от ФСII (PQH2) и диффундирует в мембране тилакоида до цит. b6/f-комплекса

Слайд 37

Фотолиз воды

В ФСII должен проходить процесс регенерации пула электронов.
Окисленный хл a отнимает

Фотолиз воды В ФСII должен проходить процесс регенерации пула электронов. Окисленный хл
электрон у тирозина, входящего в состав белка реакционного центра
Тирозин отнимает электрон у катиона Mn (СО от +2 до +6), входящего в марганцевый кластер
Марганцевый кластер накапливает 4 положительных заряда, после чего осуществляет фотолиз воды, отбирая у кислорода 4 электрона
Роль – не допустить образование радикальных форм кислорода.

Слайд 38

Общий план Z-схемы (линейный транспорт e-)

Последовательность расположения отдельных элементов электронтранспортной цепи (ЭТЦ) 

Общий план Z-схемы (линейный транспорт e-) Последовательность расположения отдельных элементов электронтранспортной цепи
в  тилакоидных  мембранах 
Электрон благодаря энергии света переходит на более высокий энергетический уровень (более отрицательный Em), затем перемещается по направлению к более сильным окислителям, постепенно теряя свою энергию.
Часть энергии запасается, т.к. Em(NADPH)За счет протонного градиента, создаваемого b6/f комплекса – синтез АТФ

Слайд 39

Варианты транспорта электронов:
•  нециклический (основной путь);
•  циклический у ФС I;
•  циклический транспорт

Варианты транспорта электронов: • нециклический (основной путь); • циклический у ФС I;
у ФС II;
•  псевдоциклический (реакция Мелера);
•  хлоропластное дыхание.  (см.Ри.43).

Варианты электронного транспорта в ЭТЦ хлоропластов.

Слайд 40

Циклический транспорт

Циклический транспорт – образуется только АТФ, NADPH расходуется

Циклический поток  электронов  в 

Циклический транспорт Циклический транспорт – образуется только АТФ, NADPH расходуется Циклический поток
фотосистеме  II является  защитным  механизмом,  который включается,  когда  электронтранспортная  цепь  тилакоидов  не  справляется  с утилизацией световой энергии или при повреждении системы фотолиза воды.
Циклический  поток  электронов  может  быть  альтернативным  путем использования энергии света при его избытке.

Слайд 41

Циклическиe потоки электронов вокруг фотосистемы II

Циклическиe потоки электронов вокруг фотосистемы II

Слайд 42

Реакция Меллера (псевдоциклический транспорт e-)

высокий  восстановительный  потенциал, генерируемый  на  акцепторной  стороне  фотосистемы 

Реакция Меллера (псевдоциклический транспорт e-) высокий восстановительный потенциал, генерируемый на акцепторной стороне
I,  расходуется  не  на восстановление NADP , а используется для восстановления кислорода с образованием воды. Поэтому этот процесс называют также циклом "вода—вода"
При  наличии  достаточного количества  окисленного  НАДФ  практически  весь  поток  электронов  идет  на  его восстановление. При дефиците НАДФ происходит переключение потока электронов на кислород и запуск реакции Мелера.

Слайд 43

Циклический транспорт электронов вокруг фотосистемы I и хлоропластное дыхание

НАД(Ф)Н

Дегид-
роге-
наза

АО

О2 →Н2О

е-

е-

В мембранах тилакоидов

Циклический транспорт электронов вокруг фотосистемы I и хлоропластное дыхание НАД(Ф)Н Дегид- роге-
обнаружена
НАД(Ф)-дегидрогеназаи оксидаза, гомологичная
АО митохондрий.

Слайд 44

Протекает в строме, не нуждается в солнечном свете. 
В строме хлоропластов есть фермент,

Протекает в строме, не нуждается в солнечном свете. В строме хлоропластов есть
катализирующий соединение СО2 с рибозой (пятиуглеродным сахаром)
Путем сложных последовательных превращений СО2 превращается в С6Н12О6  - цикл Кальвина. 
В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу.
Свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.
Полное уравнение фотосинтеза. 
6 СО2 + 12 НАДФ*Н+18АТФ = С6Н12О6+12НАДФ++18АДФ+18РН+6Н2О

Темновая фаза 

Слайд 45

цикла Кальвина — в честь его первооткрывателя, лорда Мелвина Кальвина, который получил

цикла Кальвина — в честь его первооткрывателя, лорда Мелвина Кальвина, который получил
за это открытие Нобелевскую премию по химии в 1961 году.

Слайд 46

RuBisCO

Состоит из 8 димеров больших и малых субъединиц
Класс: лиазы
ДНК больших цепей –

RuBisCO Состоит из 8 димеров больших и малых субъединиц Класс: лиазы ДНК
в хлоропласте
ДНК малых цепей – в ядре
Для работы необходим Mg2+
Константы Михаэлиса для CO2 – 10 мкМ, для O2 – 535 мкМ (однако т.к. кислорода в атмосфере намного больше, фотодыхание вносит существенный вклад)
Активация – особый остаток Lys связывается с CO2 → карбамат + Mg2+

Рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа - ключевой фермент фотосинтеза катализирующий соединение СО2 с рибозой (пятиуглеродным сахаром)

Слайд 47

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)

Продукты световой фазы: АТФ и NADPH
Цикл Кальвина присутствует

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина) Продукты световой фазы: АТФ и NADPH Цикл
у всех растений (и С3, и С4, и САМ)
Первый этап цикла – фиксация CO2 (карбоксилирование)
Субстрат – рибулозо-1,5-бисфосфат и CO2
Фермент – RuBisCO (самый распространенный белок на Земле)

Слайд 48

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)

Второй этап цикла – восстановление 3-фосфоглицерата
2 реакции: фосфорилирование

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина) Второй этап цикла – восстановление 3-фосфоглицерата 2
(АТФ) и дегидрогенирование (NADPH)
При циклическом транспорте электронов синтеза углеводов почти не происходит
3-фосфоглицерат выходит из цикла Кальвина → глюкоза → крахмал

Слайд 49

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)

Слайд 50

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)

Энергетический расчет на 1 молекулу глюкозы (6 оборотов

Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина) Энергетический расчет на 1 молекулу глюкозы (6
цикла):
12х 3-фосфоглицерат→12х 1,3-фосфоглицерат 12 АТФ
12х 1,3-фосфоглицерат→12х глицеральдегид-3-фосфат 12 NADPH
6х Рибулозо-5-фосфат→ 6х рибулозо-1,5-бисфосфат 6 АТФ
На 1 ассимилированный атом углерода – 3 АТФ и 2 NADPH

Слайд 51

Аноксигенный фотосинтез (англ. anoxygenic «бескислородный») — вариант фотосинтеза (процесса образования органических веществ на свету),

Аноксигенный фотосинтез (англ. anoxygenic «бескислородный») — вариант фотосинтеза (процесса образования органических веществ
при котором не происходит синтеза молекулярного кислорода.
Характерен для зеленых и пурпурных несерных бактерий,
Зеленых и пурпурных серных бактерий.
Оксигенный фотосинтез (англ. oxygenic «кислородный») — вариант фотосинтеза при котором происходит синтеза молекулярного кислорода.

Слайд 52

5 млрд-3млрд лет назад анаэробный этап жизни.
3 млрд лет назад на Земле

5 млрд-3млрд лет назад анаэробный этап жизни. 3 млрд лет назад на
возникают первые сине-зеленые водоросли
Начался этап накопления О2
Через ещё 1 млрд лет концентрация О2 достигла 1% - точки Пастера- появляются первые аэробные организмы.

Способность использовать воду
в качестве источника электронов

Появление кислородного фотосинтеза.

2,8 млрд лет назад

Диатомовые водоросли приобретают
современный вид

Пик развития цианобактерий
1,4 млрд

Динозавры 201,3 ± 0,2 млн

Точка Пастера

Наши дни

Слайд 53

Динофлагелляты, или динофитовые водоросли

Кокколитофориды

Диатомовые водоросли

Динофлагелляты, или динофитовые водоросли Кокколитофориды Диатомовые водоросли

Слайд 54

Эндосимбиоз в эволюции водорослей. Можно представить, что когда-то эукариот пытался съесть цианобактерию, но передумал и решил

Эндосимбиоз в эволюции водорослей. Можно представить, что когда-то эукариот пытался съесть цианобактерию,
ее «приручить». Правда ведь, зачем один раз есть бактерию, если можно заставить ее работать на себя и постепенно поглощать то, что она вырабатывает, то есть углеводы? Так и появились хлоропласты.

Слайд 56

Elysia viridis Elysia chlorotica

Elysia viridis Elysia chlorotica

Слайд 57

Восточный шершень (Vespa orientalis)

преобразует солнечный свет в электроэнергию с помощью пигмента

Восточный шершень (Vespa orientalis) преобразует солнечный свет в электроэнергию с помощью пигмента ксантоптерина
ксантоптерина

Слайд 58

Поперечное сечение листа арабидопсиса — типичного С3-растения. Хорошо видно строение сосудистых пучков.

С3-растения, как правило,

Поперечное сечение листа арабидопсиса — типичного С3-растения. Хорошо видно строение сосудистых пучков.
процветают в районах с обилием подземных вод, умеренной интенсивностью солнечного света, умеренной температурой и концентрацией углекислого газа около 200 ‰ или выше
составляют около 95 % растительной биомассы Земли

С3 - фотосинтез

Слайд 59

С4-фотосинтез

Используют около 7600 видов растений – 3% всех наземных видов растений.
Механизм концентрации

С4-фотосинтез Используют около 7600 видов растений – 3% всех наземных видов растений.
углерода:
Температура больше 25 °С
Низкая концентрация СО2
Высокая концентрация О2

Для C4-растений характерна особая структура листа, так называемая кранц-анатомия (нем. Kranz — корона, венец)

Проводящие пучки у таких растений окружены двумя слоями зелёных клеток ассимиляционной паренхимы.

Слайд 60

C4-фотосинтез

Характерен для растений жаркого и сухого климата, необходим для более эффективного поглощения

C4-фотосинтез Характерен для растений жаркого и сухого климата, необходим для более эффективного
CO2 из атмосферы (с ростом температуры процент нежелательной оксигеназной реакции РуБисКО возрастает)
Типы C4-фотосинтеза:
NADPH-малатдегидрогеназный
NAD-малатдегидрогеназный
ФЕП-карбоксилазный (АТФ-зависимый)
2 типа реакций, высвобождающих CO2 в клетках обкладки:

Слайд 61

NADPH-зависимый C4-фотосинтез

Представители: кукуруза, сахарный тростник
В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3- → оксалоацетат

NADPH-зависимый C4-фотосинтез Представители: кукуруза, сахарный тростник В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3-
+ NADPH → малат
В клетках обкладки: малат → пируват + CO2 → в цикл Кальвина
Восстановление ФЕП:
Пируват мигрирует в хлоропласты корончатого мезофилла
Пируватфосфатдикиназа переводит пируват в ФЕП и фосфат в пирофосфат (АТФ → АМФ), за счет этого – необратимость процесса
ФЕП мигрирует в цитоплазму, цикл повторяется
Дополнительные затраты: на 1 CO2 – 2 АТФ (АТФ до АМФ)
Таким образом, 1 молекула глюкозы «стоит» 30 АТФ и 12 NADPH (больше, чем получается в ходе дыхания)

Слайд 62

NADPH-зависимый C4-фотосинтез

NADPH-зависимый C4-фотосинтез

Слайд 63

NAD-зависимый C4-фотосинтез

Представители: просо
В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3- → оксалоацетат → аспартат
В

NAD-зависимый C4-фотосинтез Представители: просо В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3- → оксалоацетат
клетках обкладки: аспартат → оксалоацетат → малат → пируват + CO2 → в цикл Кальвина
Восстановление ФЕП:
Пируват челночным механизмом (аланин) передается в клетку корончатого мезофилла и входит в её хлоропласт
В хлоропласте – пируватфосфатдикиназа → ФЕП
Дополнительные затраты: на 1 CO2 – 2 АТФ (АТФ до АМФ), NADH регенерируется
Таким образом, 1 молекула глюкозы «стоит» 30 АТФ и 12 NADPH (больше, чем получается в ходе дыхания)

Слайд 65

ФЕП-карбоксилазный C4-фотосинтез

Представители: тропические злаковые
В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3- → оксалоацетат →

ФЕП-карбоксилазный C4-фотосинтез Представители: тропические злаковые В корончатом мезофилле: ФЕП + HCO3- →
аспартат
В клетках обкладки: аспартат → оксалоацетат → ФЕП + СО2 → в цикл Кальвина
Энергия для ФЕП-карбоксилазы: окисление малата
Пируват челночным механизмом (аланин) передается в клетку корончатого мезофилла и входит в её хлоропласт
В хлоропласте – пируватфосфатдикиназа → ФЕП
Дополнительные затраты: на 1 CO2 – 3 АТФ (АТФ до АМФ)
Таким образом, 1 молекула глюкозы «стоит» 36 АТФ и 12 NADPH (больше, чем получается в ходе дыхания)

Слайд 67

САМ-фотосинтез

Назван в честь семейства Crassulaceae - Толстянковые 
Crassulaceae acid metabolism — кислотный метаболизм толстянковых
Зафиксирован

САМ-фотосинтез Назван в честь семейства Crassulaceae - Толстянковые Crassulaceae acid metabolism —
у 16 000 видов – 7% всех растений
У Isoetes – родственик Плауновых, Папоротников,
Голосеменных.

Слайд 68

CAM-метаболизм

Разделение поглощения и использования CO2 по времени
Примеры: толстянковые, полушники
Ночью устьица открыты, и

CAM-метаболизм Разделение поглощения и использования CO2 по времени Примеры: толстянковые, полушники Ночью
CO2 запасается
Днем устьица закрываются, растение использует запасенный CO2
Запасание CO2: ФЕП → оксалоацетат → малат в вакуоли
Высвобождение CO2: малат → пируват + CO2
Регенерация ФЕП: пируватфосфатдикиназа
Затраты – как в NADPH-зависимом варианте (30 АТФ и 12 NADPH на 1 глюкозу)

Слайд 69

CAM-метаболизм. Ночная фаза

CAM-метаболизм. Ночная фаза

Слайд 70

CAM-метаболизм. Дневная фаза

CAM-метаболизм. Дневная фаза

Слайд 71

Регуляция транспирации

Интенсивность транспирации регулируется осмотическим давлением замыкающих клеток устьиц
При повышении осмотического давления

Регуляция транспирации Интенсивность транспирации регулируется осмотическим давлением замыкающих клеток устьиц При повышении
в замыкающих клетках они набухают, и щель раскрывается шире
Агенты, повышающие осмотическое давление: К+ (основные катионы), малат или Cl- (основные анионы)
Ионы калия мобилизуются из вакуоли путем обмена их на протоны с помощью V-АТФазы и входят из межклеточного вещества по потенциал-зависимым K+-каналам за счет потенциала, создаваемого H+-помпой P-типа
За счет V-АТФазы в вакуоль также входят противоионы: малат-ионы, хлорид-ионы
Данные реакции ингибируются абсцизовой кислотой

Слайд 72

Регуляция транспирации

Регуляция транспирации

Слайд 73

Синтез сахарозы

Глюкоза → глюкозо-6-фосфат + UTP → UDP-глюкоза
UDP-глюкоза + фруктозо-6-фосфат (из гликолиза)

Синтез сахарозы Глюкоза → глюкозо-6-фосфат + UTP → UDP-глюкоза UDP-глюкоза + фруктозо-6-фосфат
→ сахарозо-6-фосфат
Затраты на синтез сахарозы из 2 глюкоз – 4 макроэргические связи
Роль сахарозы – транспорт углеводов по растению, запасание (сахарный тростник, сахарная свекла)
Регуляция синтеза – Fru-2,6-бисфосфат (активатор), Glu-6-фосфат, фосфат (ингибитор)
Другие запасные олигосахариды:
Раффиноза – Gal-Glu-Fru
Стахиоза – Gal-Gal-Glu-Fru
Вербаскоза – Gal-Gal-Gal-Clu-Fru
Характерны для вяза, тыквы, бобовых, организмом человека не усваиваются → бродильный эффект в толстом кишечнике

Слайд 74

Синтез сахарозы

Синтез сахарозы

Слайд 75

Синтез крахмала

Фруктозо-6-фосфат (из цикла Кальвина) → глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат + ATP →

Синтез крахмала Фруктозо-6-фосфат (из цикла Кальвина) → глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат + ATP
ADP-Glu → крахмал Ферменты: гексозофосфатизомераза, фосфоглюкомутаза, АТФ-глюкозопирофосфорилаза, крахмалсинтаза
Разветвление: разветвляющий и деразветвляющий ферменты
Расщепление крахмала:
Амилазы – гидролиз (до мальтозы)
Фосфорилазы – фосфоролиз (до Glu-6-фосфата)
Другие запасные полимеры:
Фруктаны [Glu-(Fru)n] – ячмень, пшеница, георгины. Не усваиваются

Слайд 76

Синтез крахмала

Синтез крахмала

Слайд 77

Синтез целлюлозы

Сахароза→УДФ-глюкоза→целлюлоза
Целлюлозосинтаза – розеточный комплекс, синтезирует сразу микрофибриллу целлюлозы (6 цепей)

Синтез целлюлозы Сахароза→УДФ-глюкоза→целлюлоза Целлюлозосинтаза – розеточный комплекс, синтезирует сразу микрофибриллу целлюлозы (6 цепей)

Слайд 78

Фотодыхание

Роль: утилизация фосфогликолата, образующегося в ходе оксигеназной активности RubisCO
Суммарное уравнение: 2 (2-фосфогликолат)

Фотодыхание Роль: утилизация фосфогликолата, образующегося в ходе оксигеназной активности RubisCO Суммарное уравнение:
→ 3-фосфоглицерат + CO2 (впоследствии может снова зафиксироваться в цикле Кальвина)
В процессе задействованы: хлоропласт, митохондрия, пероксисома

Слайд 79

Фотодыхание

Реакции в хлоропласте:
1,5-рибулозобисфосфат + O2 → 3-фосфоглицерат + 2-фосфогликолат
2-фосфогликолат → гликолат
Обменник: 2

Фотодыхание Реакции в хлоропласте: 1,5-рибулозобисфосфат + O2 → 3-фосфоглицерат + 2-фосфогликолат 2-фосфогликолат
гликолат/глицерат
Глицерат + АТФ → 3-фосфоглицерат + АДФ
α-кетоглутарат + NH3 + 2FdRed → глутамат + 2FdOx gh
Обменник: глутамат/α-кетоглутарат

Слайд 80

Фотодыхание

Реакции в пероксисоме:
2 гликолат + 2O2 → 2 глиоксилат + 2H2O2
2 глиоксилат

Фотодыхание Реакции в пероксисоме: 2 гликолат + 2O2 → 2 глиоксилат +
+ глутамат + серин → α-кетоглутарат + гидроксипируват + 2 глицин
Гидроксипируват + NADPH → глицерат + NADP+
Обменник: глицерат/2 гликолат
Обменник: 2 глицин/серин
Обменник: α-кетоглутарат/глутамат
Реакции в митохондрии:
2 глицин + NAD+ → серин + NADH
Обменник: серин/2 глицин

Слайд 82

Фотодыхание

Энергетика реакции:
2х рибулозо-1,5-бисфосфат → 2х 3-фосфоглицерат + 2х 2-фосфогликолат (самопроизвольно)
2х 2-фосфогликолат →

Фотодыхание Энергетика реакции: 2х рибулозо-1,5-бисфосфат → 2х 3-фосфоглицерат + 2х 2-фосфогликолат (самопроизвольно)
3-фосфоглицерат + CO2 (2 ATФ и 1 NADPH)
1х CO2 → 1/3х 3-фосфоглицерат (3 АТФ и 2 NADPH)
3х 3-фосфоглицерат → 3х C3-сахара (3 АТФ и 3 NADPH)
10/3х C3-сахара → 2х рибулозо-1,5-бисфосфат (2 АТФ)
Всего: 10 АТФ и 6 NADPH
На 1 атом углерода – 5 АТФ и 3 NADPH
Точка углекислотной компенсации – концентрация CO2, при которой суммарный выход АТФ и NADPH равен нулю

Слайд 83

ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ

ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ

Слайд 84

Различают первичные продукты обмена веществ клетки и вторичные, которые образуются из первичных

Различают первичные продукты обмена веществ клетки и вторичные, которые образуются из первичных
в ходе б/х превращений

ПЕРВИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ – низкомолекулярные соединения, необходимые для жизнедеятельности клетки, образующиеся в ходе фотосинтеза, дыхания, синтеза ДНК, РНК, белка, липидов (это нуклеотиды, аминокислоты, сахара, органические кислоты, витамины).

Слайд 87

Существует несколько классификаций веществ вторичного происхождения.

1. ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
3 Класса:
1. Фенольные соединения
2.

Существует несколько классификаций веществ вторичного происхождения. 1. ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 3 Класса: 1.
Алкалоиды
3. Изопреноиды = терпеноиды

Слайд 88

2. Классификация по функциям:

2. Классификация по функциям:

Слайд 89

3. Физиологически активные вещества: фитогормоны и витамины.
4. Вещества с неизвестным физиологическим значением:

3. Физиологически активные вещества: фитогормоны и витамины. 4. Вещества с неизвестным физиологическим
гликозиды, алкалоиды, таннины, фенолы, кумарины, смолы, млечный сок и др.

Слайд 90

1. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ – вещества ароматической природы, содержащие одну (фенолы)

1. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ – вещества ароматической природы, содержащие одну (фенолы)
или более (полифенолы) гидроксильных групп у бензольного кольца.
Известно 8 000 фенолов.

Слайд 91

Фенольные соединения накапливаются в разных частях растения в зависимости от вида:
цветках (медуница),

Фенольные соединения накапливаются в разных частях растения в зависимости от вида: цветках

плодах (малина),
корнеплодах (свекла),
корнях (солодка),
побегах (пустырник),
коре (дуба),
листьях (чая)

Слайд 92

ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Слайд 93

Примеры окраски антоцианами

Примеры окраски антоцианами

Слайд 94

Богаты катехинами: виноград, чай

Богаты катехинами: виноград, чай

Слайд 95

3. Полифенолы:
лигнины (обеспечивают одревеснение, т.е. опору растению),
таннины или

3. Полифенолы: лигнины (обеспечивают одревеснение, т.е. опору растению), таннины или дубильные вещества
дубильные вещества (защищают от животных, т.к. токсичны, повышают устойчивость деревьев к грибным заболеваниям).

Слайд 96

Кора и листья дуба богаты таннинами

Кора и листья дуба богаты таннинами

Слайд 97

2. АЛКАЛОИДЫ

2. АЛКАЛОИДЫ

Слайд 98

Алкалоиды накапливаются в разных частях растения в зависимости от вида:
листьях (табака –

Алкалоиды накапливаются в разных частях растения в зависимости от вида: листьях (табака
никотин, чая - кофеин),
цветках (мак снотворный - морфин).
корнях, древесине,
коре (хинное дерево - хинин)
семенах (кофе - кофеин),

Слайд 99

3. ИЗОПРЕНОИДЫ

3. ИЗОПРЕНОИДЫ

Слайд 100

Представители изопреноидов:

Представители изопреноидов:

Слайд 102

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ

Слайд 105

Эфирномасличные растения

Эфирномасличные растения

Слайд 106

Обзор класса терпенов и некоторые типичные представители

Обзор класса терпенов и некоторые типичные представители
Имя файла: Фотосинтез.pptx
Количество просмотров: 47
Количество скачиваний: 0