Питание организмов Типы питания организмов Источники

Питание организмов • Типы питания организмов. • Источники углерода и энергии. • Фотосинтез как основа автотрофного питания

Питание организмов • Питание – это совокупность процессов, включающих поступление веществ в организм, их превращение и усвоение • Поступление это • Превращение – это перевод поступивших питательных веществ в форму соединений, удобную для извлечения энергии и для построения собственных структур в организме • Усвоение – это синтез специфических соединений и веществ и включение их в состав жизнедеятельных структур на разных уровнях организации

Типы питания организмов • . • В зависимости от того, какие питательные вещества, а главное какие формы соединений углерода потребляют организмы, и какой вид энергии им доступен, все представители живого мира могут быть отнесены к одному из двух типов питания: автотрофам или гетеротрофам. • Автотрофы (от греч. autos – сам, trophe питание) способны синтезировать все компоненты клетки из углекислоты и других неорганических веществ. Источником энергии для них служит либо свет (фотоавтотрофы), либо они ее получают при окислении минеральных соединений (хемоавтотрофы). • Гетеротрофы (от греч. heteros – другой, trophe питание), в отличие от автотрофов, усваивают углерод из органических соединений, которые являются для них одновременно и источником энергии.

Типы углеродного питания организмов Тип питания Организмы Источник энергии Источник углерода Источник водорода Результат Автотрофный 1. Фотосинтез Зеленые растения Свет СО 2 Н 2 О Первичная продукция орг. в-ва 2. Бактериальный фотосинтез Зеленые и пурпурные серобактерии Свет СО 2 H 2 S, H 2 Первичная продукция орг. в-ва 3. Хемосинтез Бесцветные бак— терии ( серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии) Химические экзотермические реакции с неорганическими веществами СО 2 H 2, H 2 O, NH 3, H 2 S Первичная продукция орг. в-ва Гетеротрофный Животные, большинство бактерий грибы, растенияпаразиты Органические соединения Преврашение органических веществ

Фотосинтез это биологический синтез органического вещества, в первую очередь углеводов, из неорганических веществ – СО 2 и Н 2 О при использовании световой энергии, или – это процесс трансформации поглощенной организмом энергии света в химическую энергию органических соединений Основное уравнение химизма фотосинтеза: 6 CO 2 + 6 Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 +6 О 2 или в расчете на 1 моль СО 2: СО 2 + Н 2 О = СН 2 О + О 2

Стадии фотосинтеза Световые стадии фотосинтеза: 1. Фотофизическая 2. Фотохимическая 3. Транспорт электронов (электронно транспортная цепь) • Темновая стадия: • Реакции поглощения и восстановления углекислоты • •

Этапы световых реакций • Поглощение света пигментами листа • Преобразование световой энергии в энергию возбужденных электронов в молекулах пигментов • Запасание поглощенной энергии в свето собирающем комплексе (ССК) и образование реакционных центров, участвующих в фотохимических реакциях • Транспорт электронов в мембранах хлоропластов, сопряженный с синтезом АТФ и расщеплением молекулы воды с выделением кислорода и водорода • Связывание водорода с переносчиками и образование НАДФН 2

Поглощение света пигментами Максимумы поглощения Хлорофилл а 428 430 и 660 663 нм Хлорофилл в 452 455 и 642 644 нм Каротиноиды 480 530 нм Фикобилины 498 650 нм

Преобразование энергии света в энергию возбужденных электронов. Уровни энергии электронов

Уровни возбуждения молекулы хлорофилла Первый уровень – в красной области спектра связан с присутствием магния в порфи риновом ядре Второй уровень возбуждения под влиянием сине фиолетовых лучей обусловлен системой сопряженных двойных и одинарных связей в порфириновом ядре

Пути использования энергии электронного возбуждения

• Запасание поглощенной энергии в светособирающем комплексе (ССК) и образование реакционных центров, участвующих в фотохимических реакциях

Светособирающий (ССК)или антенный комплекс это молекулы хлорофилла а и b, каротиноидов, фикобилинов, которые участвуют в поглощении энергии и в резонансном переносе энергии возбуждения на реакционные центры

В светособирающем комплексе миграция энергии происходит от коротковолновых пигментов к более длинноволновым. Пример антенного комплекса: Каротин (650 нм) – хлорофиллы а (660 675 нм) П 680 (ФС 2)

Реакционные центры – это связанные с белками хлорофиллы, поглощающие свет с длиной волны 680 (П 680) и 700 (П 700) нм и способные к первичным фотохимическим реакциям. Фотосистема – это совокупность молекул пигментов (ССК) совместно с реакционными центрами и белками – переносчиками электронов

Фотосистема 1

Две фотосистемы

АТФ синтетаза Полость тилакоида

• Итак, световая фаза фотосинтеза — это вызванный поглощенным светом транспорт электронов, в результате которого образуются АТФ и НАДФН.

Хемиосмотическая теория Митчелла • Благодаря неравномерному распределению протонов, которые накапливаются внутри тилакоида, по обе стороны мембраны создается разность химических потенциалов протонов и возникает электрохимический мембранный потенциал ионов водорода. • Он включает две составляющие: концен трационную(Ар. Н), возникающую в результате неравномерного распределения протонов по обе стороны мембраны, и электриче скую(AT), обусловленную возникновением противоположного за ряда на поверхности мембран, т. е. образованием мембранного по тенциала. • Энергия Ар. Н и АТ используется для обратного транспор та протонов из внутритилакоидного пространства в строму хлоро пласта по особым каналам. С обратным транспортом протонов и сопряжено фосфорилирование АДФ.

Темновая фаза фотосинтеза • Темновая фаза фотосинтеза – это восстановление СО 2 в цикле реакций, не требующих непосредственного влияния света

Две фазы фотосинтеза В результате фотохимических реакций в хлоропластах образуются ATP и NADPH, необходимые для темновой фазы фотосинтеза, где СО 2 восстанавливается до углевода

Пути восстановления СО 2: • 1. Цикл Кальвина (С 3 путь) • 2. Цикл Хетча Слэка (С 4 путь) • 3. Фотосинтез по типу толстянковых (САМ метаболизм) • 4. Фотодыхание

Цикл Кальвина состоит из трех этапов: 1. Карбоксилирование акцептора диоксида углерода 2. Восстановление первого стабильного промежуточного продукта 3. Регенерация первичного акцептора диоксида углерода

Цикл Хетча Слэка (С 4 путь) Клетка мезофилла Клетка обкладки

Кислотный метаболизм толстянковых (реакции темновой фазы фотосинтеза у С 4 растений

САМ метаболизм САМ – англ. crassulacean acid metabolism от названия рода Crassula