Пластический обмен. Фотосинтез. Хемосинтез

Фотосинтез
Синтез органических веществ из неорганических, который осуществляется за счет энергии света.
Суммарное уравнение фотосинтеза

Космическая роль фотосинтеза
Растения за счет фотосинтеза:
Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу (используют неограниченный бесплатный источник энергии)
Растения поддерживают определенный процент содержания O2 в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Общие сведения о фотосинтезе
Хлоропласты в клетках растений и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зелёный пигмент — хлорофилл. Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни.
Растения – это основная группа фотосинтетиков
Лист – орган фотосинтеза
Хлоропласты – это органоиды фотосинтеза

Механизм фотосинтеза
Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощённая хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Она осуществляется на свету, в мембранах гран тилакоидов, при участии белков-переносчиков и АТФ -синтетазы.
Темновая фаза — процесс преобразования CO2 в глюкозу с использованием энергии, запасённой в молекулах АТФ и НАДФ⋅Н .

На фотосинтетических мембранах гран хлоропластов происходят следующие процессы:
возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
восстановление переносчиков электронов — НАДФ+ до НАДФ⋅Н2 ;
фотолиз воды (расщепление молекулы воды за счет энергии света) , происходящий при участии квантов света:
2H2O→4H++4e−+O2 .
Результатами световых реакций являются:
фотолиз воды с образованием свободного кислорода;
синтез АТФ ;
восстановление НАДФ+ до НАДФ⋅Н .

Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, куда из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ⋅Н и АТФ , накопленные в реакциях световой фазы фотосинтеза.
Источник углерода ( CO2 ) растение получает из воздуха через устьица.
Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина по имени его открывателя.
Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал
Темновая фаза

Хемосинтез
Автотрофное питание

Сергей Николаевич Виноградский
(1856-1953)
Открыл хемосинтезирующие микроорганизмы — «автотрофную живую систему 2-го рода», выполняющие важную роль в геохимических процессах земной коры.
русский микробиолог, основатель экологии микроорганизмов и почвенной микробиологии.
Идея о том, что окисление минеральных веществ может давать энергию, необходимую для синтеза веществ органических, пришла в голову Виноградскому в 1887 г., в Страсбурге, где он вёл наблюдения за серными бактериями. Однако решающие доказательства были получены им через три года уже в Цюрихе, при изучении процесса нитрификации (окисления бактериями аммония).

Хемосинтез – синтез органических веществ из неорганических, который осуществляется за счет энергии окисления неорганических соединений
Рыжая муть на дне ручья и влажные комья ржавого цвета на берегу под хвощами — продукты жизнедеятельности железобактерий. Из этого материала в будущем может сформироваться болотная руда.
«Белый курильщик», раствор насыщенный сульфидом цинка

Нитрифицирующие бактерии
азотобактер, нитрозомонас, нитрозоспира.
2NH3 + 3O2 → HNO2 + 2H2O + 600 кДж
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + 150 кДж.
Азотобактер
Нитрозомонас