Пигменты и световая фаза фотосинтеза - Реферат

Под фотосинтезом обычно понимают процесс, посредством которого организмы на солнечном свету синтезируют органические соединения из неорганических. Фотосинтез - один из наиболее мощных процессов преобразования солнечной энергии (т.е. энергии термоядерных процессов, протекающих на Солнце), которая высвобождается в результате превращения водорода в гелий. Солнечная энергия при участии зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий преобразуется в энергию химических связей. С другой стороны, солнечная энергия служит для образования аммонийного азота из поглощенного нитрата и для превращения сульфата в сульфид.Фоторецепторная система фотосинтеза состоит из двух важнейших типов химических соединений: 1. В каждой из этих групп пигментов путем модификаций основной структуры образуется несколько химически различных структур, имеющих максимумы поглощения в разных частях видимой области спектра.Из большого числа пигментов только 2 структуры: хлорофилл а и бактериохлорофилл а - способны осуществлять преобразование энергии, все остальные пигменты участвуют в процессах поглощения и миграции энергии. Главную роль для всех организмов, у которых процесс фотосинтеза протекает с выделением кислорода, возникающего при фотоокислении воды, играет хлорофилл а. Соотношение хлорофилл а: хлорофилл b составляет ? 3:1. Хлорофилл b - дополнительный пигмент высших растений и водорослей, впервые появляется у эвгленовых, заменяя фикобилины. Вместо хлорофилла b у некоторых водорослей можно обнаружить хлорофилл с.В живых организмах хлорофилл синтезируется из Глутаминовой кислоты, которая в процессе синтеза превращается в 5-аминолевулинову кислоту. На заключительных стадиях синтеза происходит встраивание магния, восстановление одного из пирольных колец, образование кольца Е и присоединение фитола. Представляют собой группу тетрапирльных пигментов с открытой цепью, имеющих систему коньюгативных двойных связей. Фикобилины поглощают в желтой и зеленой областях спектра, между двумя максимумами хлорофиллов, позволяя, например, красным водорослям, живущим в глубине моря, осуществлять фотосинтез используя только слабый голубовато зеленый цвет прошедший сквозь толщу воды. В процессе эволюции фикобилины заменились на хлорофилл b, циклическая структура которого устойчивее по сравнению с открытой цепью фикобилинов.Световой этап фотосинтеза условно можно разделить на 2 стадии: 1.2.1 Первичные световые реакции, связанные с процессами разделения зарядов и переноса электронов в реакционных центрах. Если бы в процессе преобразования световой энергии в химическую принимала участие каждая молекула хлорофилла, то такая система была бы крайне не эффективной, поскольку даже на ярком свету одна молекула поглощает в среднем 1 квант в 0,1 секунды. Поэтому молекулы пигмента объединены в фотосинтетические единицы, представляющие собой белково-пигментные комплексы, в которых осуществляется процесс переноса энергии от собирающих антенн к хлорофиллу особого типа, который находится в реакционном центре и является ловушкой энергии возбуждения. Далее стоит рассмотреть общую схему фотохимического преобразования энергии, поскольку все реакционные центры имеют не только общий принцип организации, но и единый механизм(на примере ФС II). В результате возбуждения одной из молекул хлорофилла в реакционном центре, 2 молекулы П680 образуют диполь, который облегчает переход электрона с хлорофилла на первичный акцептор (для ФС II - Pheo)Фотохимические процессы в реакционных центрах фотосистем приводят к запасанию большого количества энергии квантов в форме лабильных соединений с высоким энергетическим потенциалом.ЭТЦ фотосинтеза организована в мембранах в виде 3 отдельных функциональных комплексов - ФС I, ФС II и цитохромный b6f-комплекс - связанных между собой подвижными низко молекулярными редокс-компонентами.Включает в себя первичный акцептор Феофитин и вторичные акцепторы электронов - пластохиноны QA и QB, осуществляющих перенос электронов с Феофитина на пул пластохинонов(PQ). Передача электрона с Феофитина на QA приводит к образованию семихинона, который моментально передает электроны на QB(становится семихиноном и остается в этой форме до следующего акта передачи электронов). При этом QA возвращается в исходное состояние и снова готов участвовать в передаче электронов от Феофитина. Получив второй электрон, QB полностью восстанавливается, связывая 2Н из стромального пространства. Одна из современных моделей, описывающих процесс окисления воды в марганцевом кластере, основана на металло-радикальном механизме, согласно которому существует тесное взаимодействие двух реакций - окисления тирозина и окислительно-восстановительной реакции в марганцевом комплексе.Первичные фотохимические реакции запускают вторичный транспорт электронов по ЭТЦ. Восстановление П 700 производит пластоциан - медьсодержащий белок переносящий электроны с цитохромного b6f-комплекса. Акцепторную систему составляют: · Филлохинон(витамин К1) - промежуточный переносчик электрона от Хл695 к железосерному кластеру F

Содержание

Введение

Фотосинтез: 1. Пигменты фотосинтеза

1.1 Хлорофиллы

1.1.1 Связь структуры и функций

1.1.2 Биосинтез

1.2 Фикбилины

1.3 Каротиноиды

2. Световые реакции фотосинтеза

2.1 Первичные световые реакции, связанные с процессами разделения зарядов и переноса электронов в реакционных центрах

2.2 Биохимические процессы образования NADPH и ATP

2.2.1 Компоненты ЭТЦ хлоропластов

2.2.2 Транспорт электронов в комплексе фотосистемы II

2.2.3 Транспорт электронов в комплексе фотосистемы I

2.2.4 Транспорт электронов в цитохромном b6f-комплексе

2.2.5 Фосфолирирование

Использованная литература

Под фотосинтезом обычно понимают процесс, посредством которого организмы на солнечном свету синтезируют органические соединения из неорганических.

Фотосинтез - один из наиболее мощных процессов преобразования солнечной энергии (т.е. энергии термоядерных процессов, протекающих на Солнце), которая высвобождается в результате превращения водорода в гелий. Солнечная энергия при участии зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий преобразуется в энергию химических связей. Этот процесс - отличительная черта всех фотоавтотрофных организмов.

С одной стороны, в процессе фотосинтеза из углекислого газа атмосферы образуются углеводы. С другой стороны, солнечная энергия служит для образования аммонийного азота из поглощенного нитрата и для превращения сульфата в сульфид. Углерод, азот и сера при этом восстанавливаются, причем в случае зеленых растений, цианобактерий и прохлоробактерии необходимые электроны отнимаются от воды, а в случае некоторых фотосинтетически активных бактерий они поступают из других источников.

Фотосинтез можно разделить на несколько стадий: 2. Физическая (фотофизическое поглощение кванта света)

1. Фотохимическая (разделение зарядов в реакционном центре, за счет энергии поглощенного кванта света)

2. Транспорт электронов

3. «Темновые» реакции поглощения и восстановления углекислоты.

Во второй (фотохимической) стадии проходит «центральное событие» фотосинтеза - преобразование одного вида энергии в другой: энергия электронного возбуждения используется для разделения зарядов и образующаяся система (П(РЦ) - А(первичный акцептор)) содержит определенное количество энергии уже в химической форме.

Такие преобразования были бы не возможны без веществ, которые способны поглощать видимый свет, запуская тем самым химические реакции фотосинтеза - пигментов.