Сравнительная характеристика фотосинтеза и хемосинтеза




Обмен веществ и превращение энергии

Пластический обмен

Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс, для которого необходимы солнечный свет, хлорофилл, ферменты, энергия АТФ и неорганические вещества – вода и углекислый газ. В процессе фотосинтеза выделяют две фазы: световую и темновую.

Световая фаза фотосинтеза начинается с освещения зеленого листа растений светом, протекает на мембранах тилакоидов.

Основные события световой фазы:

1. Освещение хлоропласта светом, квант света поглощается молекулой хлорофилла.

2. Молекула хлорофилла переходит в возбужденное состояние, ее электроны, получив дополнительную энергию, переходят на более высокий энергетический уровень. Некоторые из них возвращаются на прежний уровень, энергия, которая при этом выделяется, рассеивается в виде тепла.

3. Часть возбужденных электронов принимает участие в синтезе АТФ из АДФ и неорганического фосфора. В хлоропластах АТФ образуется в 30 раз больше, чем в митохондриях тех же растений во время кислородного этапа энергетического обмена.

4. Другая часть возбужденных электронов при участии молекул-переносчиков присоединяется к ионам Н+, которые образуются в клетке при диссоциации воды:

Н2О à Н+ + ОН- , превращая их в атомы Н (НАДФ Н)..

5. Ионы ОН- взаимодействуют друг с другом, образуя воду и молекулярный кислород:

4ОН- à 2 Н2О + О2

Кислород диффундирует сквозь мембраны тилакоидов и выделяется в атмосферу.

Процесс разложения воды под действием энергии света называется фотолиз:

2О à 4Н+ + О2

Во время световой фазы образуются молекулы АТФ, богатые энергией, и протоны Н (НАДФ Н), необходимые для темновой фазы фотосинтеза, молекулярный кислород О2 выделяется в атмосферу.

Темновая фаза:

С наступлением темноты процесс фотосинтеза продолжается, используя запасенные на свету соединения. Темновая фаза - сложный ферментативный процесс, осуществляемый в строме хлоропластов без непосредственного поглощения света, включает большое количество реакций, приводящих к восстановлению СО2 до уровня органических веществ, за счет использования энергии АТФ и НАДФ Н, синтезированных в световую фазу.

6 СО2 + 24Н à С6Н12О6 (глюкоза) + 6 Н2О

Существуют разные пути восстановления. Основным из них является цикл Кальвина. Для синтеза в нем одной молекулы глюкозы необходимо 12 молекул НАДФ-Н + Н+ и 18 молекул АТФ, которые поставляются в результате фотохимических реакций фотосинтеза. СО2 поступает в хлоропласты из атмосферы. В темновой фазе фотосинтеза энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, т. е. энергия как бы запасается в химических связях органических веществ.

Суммарное уравнение процесса фотосинтеза: 6 СО2 + 6Н2О à С6Н12О6 +6О2

На скорость фотосинтеза оказывают влияние различные факторы окружающей среды: интенсивность падающего света, концентрация С02, наличие влаги, минеральных веществ, температура и др.

Фотосинтез – это единственный процесс, при котором происходит преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений. В изучение процесса фотосинтеза, раскрытие его механизма большой вклад внесли русский ученый К. А. Тимирязев, американский М. Кальвин.

 

Хемосинтез

Большинство бактерий не имеют хлорофилла, для синтеза органических соединений они используют не энергию света, а энергию, высвобождающуюся при окислении неорганических веществ. Такой способ получения энергии и синтеза органических соединений называется хемосинтезом. Процесс хемосинтеза открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1887 г.

Хемосинтезирующие организмы:

1. Н итрифицирующие бактерии: окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты и далее до азотной, взаимодействующей с минеральными веществами почвы, образуются соли, которые усваивают растения.

2NH3 + 3O2 à 2HNO2 + 2Н2О + энергия

2HNO2 + O2 à 2HNO3 + энергия

 

2. Железобактерии используют энергию, которая выделяется при окислении двухвалентного железа до трехвалентного:

4FeO +3 O2 à 2Fe2 O3 + энергия

4FeCO3 + O2 + 6Н2О à 4Fe(OН)3 + 4СО2 + энергия

 

В результате деятельности некоторых железобактерий вырабатывается Fe(OH)3, скопления которого образуют железную руду.

3. Серобактерии обитают в болотах, для получения энергии используют сероводород, окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу. При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них серы до серной кислоты:

2S + О2 à 2S + 2Н2О + энергия

2S + + О2 à H2SO4 + энергия

Серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты, являются причиной порчи каменных и металлических сооружений. Многие виды серобактерий, окисляя до сульфатов различные соединения серы, играют большую роль в процессах очищения промышленных сточных вод.

4. Водородные бактерии распространены в почвах, окисляют водород, образующийся в результате бескислородного окисления органических остатков микроорганизмами:

2 + О2 à 2Н2О + энергия

Водородные бактерии используются для получения дешевого пищевого и кормового белка. Кроме того, в природных условиях водородные бактерии участвуют в окислении водорода, который может накапливаться при действии некоторых микроорганизмов, размельчающих органические вещества почвы, донные отложения водоемов и т. д.

Хемосинтезирующие организмы не зависят от солнечного света как источника энергии. Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется хемосинтезирующими бактериями для восстановления СО2 до органических веществ. Хемосинтезирующие организмы распространены в природе, встречаются и в почве и в водоемах. Масштаб осуществляемых ими процессов достаточно велик: они играют существенную роль в круговороте веществ в биосфере.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и хемосинтеза

Фотосинтез Хемосинтез
Процесс образования органических соединений из неорганических (углекислого газа и воды) Процесс образования органических соединений при окислении неорганических веществ
Используется энергия Солнца Используется энергия, выделившаяся при окислении неорганических веществ (железа, сероводорода, водорода, аммиака и др.)
Происходит в клетках зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий Происходит в клетках аэробных и анаэробных бактерий

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-07-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: