Фотосинтез саласындағы ғылыми жаңалықтар

Зерттеу тарихы фотосинтез анықталған сәттен бастап басталады танымал ағылшын химик Джозеф Пристли фактісі, бұл жасыл өсімдіктерге қарағанда, жануарлар организмдердің қабілетті түзетуге бүлінген соңғы ауа ете отырып, оны қайтадан жарамды ұстап тұру үшін. Бұл оқиға жатады 1771 ж.; ол болды, тіпті бұрын белгілі болуы оттегі, ашық сол Пристли тек бірнеше жылдан кейін.

Зерттеушілер, жұмыс істеген XIX және бірінші тоқсан XX ғасырдың қарастырып, фотосинтез сияқты одноактный процесі ыдырау СО2 немесе кешенді СО2 хлорофиллом, өтіп әсерінен күн сәулесінің.

К. А. Тимирязев (1871) тұңғыш рет тәуелсіздігін туралы тікелей қатысуымен хлорофилла актіде фотосинтез және оның барысында осы процестің пигмент ұшырайды обратимым тотығу-қалпына келтіру превращениям.

Вильштеттер (1918) ұсынған схема қазірдің өзінде постулировал болуы фотосинтезе жарық және темновой (энзиматической) сатылары. Прогрессивтік мәні осы идеяны подрывалось, алайда, бұл темновой сатысында Вильштеттер относил реакциялар тотығу-тотықсыздану реакцияларының хлорофилла.

Барлық предлагавшиеся сол кезеңде схемасы санау сонымен қатар, кезінде бөлінетін фотосинтезе оттегі пайда ыдырауы кезінде көмірқышқыл газ. Екінші бекіту тұрды деп фотосинтез жүзеге асырамыз ғана интактной торда жоқ болса, қандай да бір бұзушылықтар, оның тұтастығын. Бұл идеяны дамытты және ірі биохимик бірінші тоқсан XX в. Р. Вильштеттер. Ол сүйенді бақылау, оларға сәйкес бұзылуы хлоропластов әкеліп соқты із-түзсіз жоғалуына фотосинтез. — Осындай түрдегі шығару келіп, Р. Эмерсон, ол 1936 ж. былай деп жазған: «фотосинтез өтуі мүмкін тек мүлдем нетронутом ағзасында.

Сонымен қатар, сол отызыншы жылдары пайда бола бастады сөздері, оларға сәйкес поглощаемая хлорофиллом энергиясы жарықтың бағытталуы тиіс емес ыдырауы СО2, ал алшақтық-бір байланысты, ОЛ молекуласындағы су. Бұл идея основывалась арналған таза априорных термодинамикалық есептеу, салыстыру арқылы шамаларды байланыс энергиясы оттектің көміртегімен молекуласындағы СО2 энергиясымен кез келген кванттардың спектрдің көрінетін бөлігі. Эксперименттік дәлелдемелер оның дұрыстығын алынды 1941 жылы Шешуші рөл бұл жеңіске зерттеу, олардың пайдаланылуы меченый оттегі. Белгілі болғандай, табиғи оттегі бар түрінде үш изотоптар (16О, 17О және БҰРЫШЫ 18′), арасындағы арақатынас оларға неодинаково у оттегінің әр түрлі шығу тегі. Ең аз мазмұны БҰРЫШЫ 18 ‘ тән оттегі судың көп үшін оттегі көмірқышқыл газ. Орта жағдайы орын алады, осы белгілері оттегі атмосфера.

1945 жылы А. П. Виноградов және Р. В. Тейс тауып совпадение изотоптық құрамын оттегі «әдеттегі» су және су синтезированной олар «әдеттегі» сутегі және оттегі бөлетін жасыл парағымен жарықта (фотосинтетического).

С. Рубен және М. Камен қолданды бірнеше өзге принципі. Олар синтезировали СО2 және Н2О әртүрлі мазмұнымен БҰРЫШЫ 18’. Бере отырып, осы қосылыстар хлорелле жарықта, авторлар анықтады, деп варьирование изотоптық құрамын, оттегі құрамына кіретін СО2, изотопном құрамындағы оттегі фотосинтез емес ықпал етті. Бір мезгілде екендігі айқындалды құрамы оттегі фотосинтез болады, еркін түрде өзгертуге өзгерту жолымен үлесін БҰРЫШЫ 18 ‘ молекуласындағы су. Осы барлық негізделеді туралы түсінік, оның негізгі массасы оттегі кезде бөлінетін фотосинтезе, тиесілі суда, ал, демек, барысында фотосинтез орын ыдырауы СО2, ал диссоциация молекулалары су, шақырылатын энергиясымен кванта жарық.

Еңсеру үшін басқа обосновавшихся, жаттығуға туралы фотосинтезе қате түсініктерді, сондай-ақ қажет еткендер қызу жұмыс көптеген ғалымдар. Табысқа зерттеулер ықпал етті кеңінен пайдалану ұлы жаулап физика және химия біздің уақыт құрылған және осы негізде табыс жаңа, тиімділігі жоғары әдістерін зерттеу. Ішінде осындай спектрометрия әдістерін қоса алғанда, импульсную, дифференциалды және флуоресцентную спектрофотометрию; электрометрия қоса алғанда, кедергілерінің температураға тәуелділігін өлшеу, магниттік өлшеу, метод меченых атомдар, дифференциалдық центрифугалау; электрондық, фазоиоконтрастная микроскопия және т. б. Алынған зерттеу барысында материалдар негізіне қазіргі заманғы түсініктер туралы фотосинтезе туралы сенсибилизируемой хлорофиллом жүйесі түйіндес тотығу-тотықсыздану реакциялар. Ерекшелігі фотосинтез мынада: бұл процестің орын айналдыру электромагниттік энергиясына жарық энергиясын химиялық байланыстар соңғы фотопродуктов.

Қысқаша хронологиясы ең басты жаңалықтарды ХХ ғасырдың саласындағы фотосинтез келесі түрде көрінеді:

1930-1940 жж. Фишер расшифровал құрылымын молекулалардың хлорофиллов а және b.

1937 ж. ж. А. Кребс сипатталған цикл лимон қышқылы (Кребс).

1937 ж. т. Хилл көрсеткендей, жарықтандыру кезінде суспензия хлоропластов қатысуымен акцептора электрондардың бөлінуі оттегі.

1937-1941 жылдары К. Б. ван Ниль дәлелдеді, бұл фотосинтезе жүреді фоторазложение Н2О, СО2.

1946-1956 жылдары М. дж. вико және инвестициялық. эксперименттік расшифровали негізгі жолы көміртегі фотосинтез процесінде (цикл Кальвина).

1943-1957 жылдары Р. Эмерсон негізінде эксперименттік деректер (әсерін күшейту Эмерсон) бұл ұсынды, фотосинтездің жарық фазасында жұмыс істейді екі витафенол жүйесі.

фотосинтез ашу тимирязев пристли

1960 ж. Р. Б. Вудворд және М. Штрель жүзеге асырды синтезі молекулалар хлорофилла.

1966 ж. М. Хетч және К. Р. Слэк эксперименттік обосновали С4-жолы фотосинтез (Далалық, 1989).

Ашылуы екі фазалардың фотосинтез процесінің. Голланд ғалымы К. Б. Ван Ниль зерттей отырып, ерекшеліктері, бактериялық фотосинтез және оны салыстыру фотосинтезом бар өсімдіктер, 1937-1941 жж. қорытындыға келсе, ол первична фотохимическая реакция фотосинтез тұрады диссоциации су емес, ыдырауы СО2. Қабілетті фотосинтетической ассимиляции СО2 бактериялар (қоспағанда цианобактериялардың) мұқтаж восстановителях үлгідегі Н2Ѕ, Н2 СН3 және басқа да бөлмейді фотосинтез процесінде оттегі. Мұндай түрі фотосинтез деп аталды фоторедукцией. Ван Ниль тұжырымға үшін пурпурных немесе жасыл серобактерий жалпы фотосинтез теңдеу ұсынылуы мүмкін төмендегідей:

Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. СО2 + H2S жарық [СН2О] + Н2О + S2

немесе жалпы түрде:

Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. CO2 + 2H2A жарық [СН2О] + H2O + 2А,

онда Н2А — окисляемый субстрат (донор сутегі). Ол бұл ұсынды, жоғары өсімдіктер мен балдырлар Н2А — бұл Н2О, ал 2А — Нқ бұйрығымен.

Сонда бастапқы фотохимическим актімен фотосинтезе өсімдіктер болуы тиіс жіктеу су тотықтырғыш [ОЛ] және қалпына келтіру [H] Кейін бастапқы қалпына келтіру [Н] түзейді СО2, ал бастапқы тотықтырғыш [ОЛ] қатысады реакциялар, онда босатылып, О2 және қайтадан құрылады, Н2О.

Осыған сәйкес предположением толық теңдеуі фотосинтез, ван Нилю, жазуға болады:

Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. СО2 + 4Н2О жарық [СН2О ] + ЗН2О + О2.

Ideas ван Ниля қолдады нәтижелерімен тәжірибе ағылшын физиологтың өсімдіктердің Р. Хиллдің, 1937 ж. көрсеткендей, оқшауланған хлоропласты жарықтың әсерімен қабілетті разлагать су бөлетін оттегі қатысуымен акцепторов электрондардың (феррицианида, бензохинона және т. б.). Бұл құбылыс атауына ие болды реакциялар Хиллдің. Сәйкес Хиллу, суды ыдырату процесі үш кезеңде жүзеге асырылады:

Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ.
Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ. 4Н2О 4Н+ + 4ОН- (фотолиз)

4ОН- → 2Н2О + 4ē + О2

Ғылыми жаңалықтар саласындағы фотосинтез жасалған XX ғ.

Екі

Тікелей эксперименттік дәлелдемелер оттегі кезінде фотосинтезе босатылады, осындай су алынды 1941 жылы қарамастан КСРО мен АҚШ.А.П. Виноградов және Р. В. Тейс көмегімен масс-спектрометр көрсеткендей, қатынасы 16О: БҰРЫШЫ 18 ‘ оны ішінен толықсытады, выделяющемся кезінде фотосинтезе келеді ара-қатынасы осы изотоптардың суда емес, диоксиде көміртек (Лебедев, 1960).

Ашу пигменттер пластид және белгілеу құрылымын және құрамын хлорофиллов

Пигменттер — маңызды компонент аппаратының фотосинтез. Зерттеу өсімдік пигменттер күрт ускорилось арқасында жұмыстарға орыс физиологтың өсімдіктердің М. С. Түсті. Тырысып табу тәсілі бөліну пигменттерді жеке заттар, Түсі 1901 — 1903 жж. ашты түбегейлі жаңа әдіс, ол атады тазарту хроматографией. Арқылы бағанға с сорбентом өткізіледі еріткіш байланысты ерітілген заттар. Өйткені заттар ерекшеленеді дәрежесі бойынша адсорбция, олар ауыстырылады бойынша с бағанында әр түрлі жылдамдықпен. Нәтижесінде жүреді бөлу заттар. Бұл тәсіл кеңінен қолданылады қазіргі заманғы биохимия, химия және өнеркәсіптің кейбір салаларында. Көмегімен хроматографиялық әдісті Түсі тауып, екі хлорофилла — а және b бөлісті және сары пигменттер парағының үш фракция (Рубин, 1975).