Образование углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза.

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Фотосинтез подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их не совсем точно называют световой и темновой фазами.

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в химическую энергию АТФ и НАДФН₂. Осуществляется на свету в мембранах гран при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

1. возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2. восстановление акцепторов электронов — НАДФ⁺ до НАДФН₂:

2Н⁺ + 4е ^{- +НАДФ+ -> НАДФН}₂^;

3. фотолиз воды, происходящий при участии квантов света:

2Н₂O-> 4Н⁺+ 4е^- + O₂.

Процесс происходит внутри тилакоидов гран хлоропластов;

• протоны водорода Н⁺ накапливаются в Н⁺-резервуаре внутри граны. Их накопление на внутренней стороне мембраны приводит к нарастанию разности потенциалов. При этом внутренняя сторона мембраны заряжается положительно, за счет протонов, а наружная — отрицательно, за счет электронов;

• начинает работать протонная помпа, обеспечивающая движение протонов из тилакоидов в строму через канал АТФ-синтетазы под действием электрического поля. В строме же находится АДФ и остатки фосфорной кислоты, которые используются для синтеза АТФ.

Результатами световых реакций являются: образование кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФН₂.

Темновая фаза — процесс преобразования СO₂ в глюкозу в строме хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФН₂.

Реакции фиксации углерода — это последовательные преобразования СO₂ в глюкозу:

• сначала происходит фиксация молекул С0₂ 1-5-рибуло-зодифосфатом, при участии ферментов;

• затем диоксид постепенно восстанавливается до глюкозы при участии АТФ и НАДФН₂ (Цикл Кальвина):

СO₂ + 24Н -> С₆Н₁₂O₆ + 6Н₂O;

• помимо молекул глюкозы в строме образуются аминокислоты, нуклеотиды, спирты.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Значение фотосинтеза:

• фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;

• в процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов;

• кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;

• фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO₂ служат реакции окисления неорганических соединений

Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из CO₂ и H₂O. Этот процесс носит название хемосинтеза.

Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С. Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза.
Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 653, 5 кДж.

Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + 151, 1 кДж.

Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.
Под действием других видов бактерий в почве происходит образование фосфатов, также используемых высшими растениями.
Итак, хемотрофы, как и все автотрофные организмы, самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений их отличает полная независимость от солнечного света как источника энергии.

Хемосинтез был открыт в 1888 году русским биологом С.Н.Виноградским, доказавшим способность некоторых бактерий образовывать углеводы, используя химическую энергию.

44.Омыление жиров. Написать реакцию Омыление — это расщепление сложного эфира с образованием спирта и кислоты. При омылении жиров, представляющих собой эфиры высших жирных кислот и глицерина, щелочами образуются соли жирных кислот, называемые мылами (отсюда и происхождение термина «омыление»). Омыление имеет большое значение в биологическом обмене веществ (расщепление и усвоение организмом жиров), происходит под действием соответствующих ферментов-эстераз.
Омыление — гидролиз (разложение водой) сложного эфира с образованием спирта и кислоты (или ее соли):
Реакция омыления обратна реакции этерификации — образованию сложного эфира из спирта и кислоты. При О. разрывается связь между атомом кислорода эфира и атомом углерода карбонильной группы. В промышленности широко используют О. природных жиров щелочами при повышенной температуре, в результате которого образуются соли высокомолекулярных жирных кислот — мыла (отсюда и название О.). Омыление сложных эфиров имеет большое значение в биологическом обмене веществ. Оно происходит под действием соответствующих ферментов — эстераз; среди них наибольшее значение имеют липазы, катализирующие О. жиров, лецитиназы
и др. Состав жиров отвечает общей формуле

где R¹, R² и R³ — радикалы (одинаковых или различных) жирных кислот.

Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечетных» кислотных радикалов в жирах обычно менее 0, 1 %).

Жиры гидрофобны, практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях и частично растворимы в этаноле (5—10 %)^[1].

Природные жиры чаще всего содержат следующие жирные кислоты:

Насыщенные:

• стеариновая (C₁₇H₃₅COOH)

• маргариновая (C₁₆H₃₃COOH)

• пальмитиновая (C₁₅H₃₁COOH)

• капроновая (C₅H₁₁COOH)

• масляная (C₃H₇COOH)

Ненасыщенные:

• пальмитолеиновая (C₁₅H₂₉COOH, 1 двойная связь)

• олеиновая (C₁₇H₃₃COOH, 1 двойная связь)

• линолевая (C₁₇H₃₁COOH, 2 двойные связи):

• линоленовая (C₁₇H₂₉COOH, 3 двойные связи)

• арахидоновая (C₁₉H₃₁COOH, 4 двойные связи, реже встречается)

В состав некоторых входят остатки и насыщенных, и ненасыщенных карбоновых кислот.

Реакция омыления:

Пппп.

45.Перечислить витаминные и невитаминные коферменты.