Речовина та енергія в живих системах Автотрофне живлення

Речовина та енергія в живих системах. Автотрофне живлення у живих організмів

ЗАКОНИ ТЕРМОДИНАМІКИ 1 калорія – одиниця вимірювання енергії – кількість тепла, необхідна для нагрівання 1 г води на 1°С Перший закон термодинаміки: Енергія не виникає і не зникає, а переходить з 1 -єї форми в іншу. Другий закон термодинаміки: при будьяких перетвореннях енергії , частина її втрачається у вигляді тепла. ККД складає лише 1 -10 %, 90 -99% - розсіюються у вигляді тепла, Тому необхідним є надходження енергії ззовні. Парові двигуни перетворюють тепло в механічну енергію. . ТЕС, розсіювання тепла

ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ ТЕРМОДИНАМІКИ ДО ЖИВИХ СИСТЕМ ГЛЮКОЗА – органічна молекула з високою потенційною енергією Функції: 1)Будівельний матеріал для утворення органічних молекул 2)Джерело енергії • Продуценти – фотосинтезуючі рослини, синтезують глюкозу ( в хлоропластах сонячна енергія трансформується в енергію хімічних зв’язків); • Консументи – не здатні самостійно утворювати глюкозу. • Детритофаги, редуценти - здатні розщеплювати целюлозу до її складових молекул глюкози.

Класифікація живих організмів За джерелами вуглецю Автотрофи використовують СО 2 (неорганічні сполуки) Гетеротрофи використовують органічні джерела вуглецю Фототрофи використовують енергію сонячного світла ФОТОАВТОТРОФИ (зелені рослини) ФОТОГЕТЕРОТРОФИ (невелика група організмів, зокрема деякі пурпурові бактерії) Хемотрофи використовують хімічну енергію ХЕМОАВТОТРОФИ (деякі бактерії) ХЕМОГЕТЕРОТРОФИ (всі тварини, гриби, більшість бактерій) За джерелом енергії

РОЛЬ АТФ У ОБМІНІ ЕНЕРГІЄЮ В КЛІТИНІ АТФ СОНЯЧНА ЕНЕРГІЯ ФОТОСИНТЕЗ ДИХАННЯ РІСТ, РОЗМНОЖЕННЯ, РУХ тощо АТФ АДФ + Фн + ЕНЕРГІЯ ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ

ХІМІО-ОСМОС Етапи хіміо-осмосу Хіміо-осмос – процес, що протікає в хлоропластах під час фотосинтезу і в мітохондріях під час клітинного дихання. Накопичення енергії Використання цієї енергії для синтезу АТФ Система, що володіє запасом електрохімічної енергії - Електричний струм (направлений рух заряджених частинок) При хіміо-осмосі в хлоропластах і мітохондріях : Бар'єр – мембрана. Роль «пального» виконують атоми водню (заряджені частинки: іони водню (Н+) і електрони (е~)). Ряд молекул в мембрані складає ланцюг перенесення електронів, або електронтранспортную ланцюг (переносить електрони на іншу сторону мембрани, не даючи їм знов з'єднатися з іонами Н+. )

ЛИСТОК – спеціалізований, головний фотосинтезуючий орган вищих рослин Поперечний розріз листка МЕЗОФІЛ ПРОДИХИ КЛІТИНА МЕЗОФІЛУ

БУДОВА ХЛОРОПЛАСТА КЛІТИНА МЕЗОФІЛУ ХЛОРОПЛАСТ ЛАМЕЛА ЗОВНІШНЯ МЕМБРАНА ТИЛАКОЇД СТРОМА ГРАНА ТИЛАКОЇДНИЙ ПРОСТІР МІЖМЕМБРАННИЙ ПРОСТІР ВНУТРІШНЯ МЕМБРАНА

УМОВИ ПРОХОДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ФОТОСИНТЕЗУ СО₂ + Н₂О диоксид карбону сонячне світло хлорофіл (СН₂О)n + О₂ вода вуглевод кисень наявність в листках хлорофілу; джерело вуглекислого газу і води; світло; виділення кисню, як одного з побічних продуктів; • корисні продукти - органічні речовини повинні транспортуватися в інші частини рослини або відкладатися про запас. • • ХЛОРОФІЛ

ОСНОВНІ ФОТОСИНТЕЗУЮЧІ ПІГМЕНТИ Клас пігментів Колір Поширення ХЛОРОФІЛИ (поглинають червоні і синьо-фіолетові промені) Хлорофіл a Жовто-зелений У всіх фотосинтезуючих організмів крім фотосинтезуючих бактерій Хлорофіл b Синь-зелений У вищих рослин і зелених водоростей Хлорофіл c Зелений У бурих та діатомових водоростях Хлорофіл d Зелений У деяких червоних водоростях Бактеріохлорофіл a-d Блідо-зелений У фотосинтезуючих бактерій β – каротин Оранжевий (центральна роль в процесі фотосинтезу) КАРОТИНИ (синьо-фіолетові промені) У всіх фотосинтезуючих організмів крім фотосинтезуючих бактерій КСАНТОФІЛИ Ксантофіли Жовтий Бурі водорості

ФОТОСИСТЕМИ ФОТОСИСТЕМА – скупчення ≈ 300 мол-л хлорофілу, які можуть вловлювати світло різної довжини хвилі. Вони утворені допоміжними пігментами, які передають енергію молекулі-пастці або головному пігменту, в якому світлова енергія перетворюється в хімічну.

Мембрана тилакоїд хлоропласт

ФОТОСИСТЕМИ. МЕМБРАНА ТИЛАКОЇДА

ФАЗИ ФОТОСИНТЕЗУ: СВІТЛОВА ФАЗА

ФАЗИ ФОТОСИНТЕЗУ: ИМ ФАЗА ФІКСАЦІЇ КАРБОНУ • Квант світла, потрапляючи на молекулу хлорофілу, надає їй достатньої кількості енергії, для того щоб, від неї зміг відірватися один електрон (е~); електрон приєднується до НАДФ+ і Н+, в результаті чого утворюється НАДФ • Н. • Молекули води розкладаються, утворюючи, електрони, іони водню (Н+) і молекулярний кисень (О 2). Ці електрони компенсують ті електрони, які були втрачені молекулою хлорофілу на стадії 1. А іони Н+ поповнюють Н+ - резервуар, який використовується на стадії 3. • Іони Н+ які поповнюють Н+ - резервуар, слугують джерелом енергії, необхідної для АТФази для того, щоб синтезувати АТФ із АДФ і Фн.

ФАЗИ ФОТОСИНТЕЗУ: ФАЗА ФІКСАЦІЇ ВУГЛЕЦЮ C 5 + CO = C 2 6 2 C +АТФ+НАДФ Н 3 C C 3 3 ферменти Глюкоза Целюлоза Крохмаль Амінокислоти Жири Фітогормони С 5 -сполуки

Послідовні стадії фотосинтезу ПОСЛІДОВНІ СТАДІЇ ФОТОСИНТЕЗУ Реакція Початкові речовини Кінцеві продукти Світлова енергія Хлорофіл Реакції, які викликаються світлом → Електрони НАДФ+; Н+ → НАДФ • Н Н 2 О → О 2 Н+ -резервуар АДФ + Фн Фіксація карбону → АТФ П’ятивуглицева сполука СО 2 → Вуглеводи АТФ НАДФ • Н → → АДФ + Фн НАДФ+

ФОТОСИНТЕЗ • Фотосинтез - процес перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв'язків • Фотосинтез протікає в клітинах зелених рослин і деяких бактерій, які відносяться до організмів фотоавтотрофів • Фототрофи синтезують органічні речовини з неорганічних вуглекислого газу і води, використовуючи для цього енергію сонячного світла. • Завдяки фотосинтезу рослини забезпечують поживними речовинами і енергією майже всі інші організми, що мешкають на Землі. • В процесі фотосинтезу бере участь ряд пігментів та ферментів