Автотрофные және гетеротофты клеткалар. Фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белков

Автотрофные жасушалар. Алу әдісі бойынша органикалық қосылыстардың барлық жасушалар екі топқа бөлінеді. Бір топ жасушалары қабілетті синтездеу органикалық заттарды бейорганикалық қосылыстар (СО2 және Н2О және т. б.). Осы кедей энергиясымен қосылыстар жасушалар синтезируют глюкоза, амин қышқылдары, содан кейін неғұрлым күрделі органикалық қосылыстар: күрделі көмірсулар, ақуыздар және т. б. Жасушалар, синтездеуге қабілетті органикалық қосылыстар бірі-бейорганикалық, деп аталады автотрофными немесе автотрофами. Басты автотрофами Жер болып табылады жасушалар жасыл өсімдіктер Автотрофное тамақтану тән, сондай-ақ шағын топқа микроорганизмдер.

Гетеротрофные жасушалар. Басқа топ жасушаларының қабілетсіз синтездеу органикалық заттарды бейорганикалық қосылыстар. Бұл жасушалар мұқтаж жеткізуге дайын органикалық қосылыстар. Жануарлар поедают басқа да жануарлар мен өсімдіктер алады тағаммен дайын көмірсулар, майлар, ақуыздар. Барысында тіршілік жүреді расщепление осы заттар. Бөлігінен босатылған кезде бұл заттар — глюкоза, амин қышқылдары және т. б. — синтезделінеді неғұрлым күрделі, өзіне тән клеткадағы заттар: гликоген, майлар, ақуыздар; басқа бөлігі расщепляется және освобождающаяся бұл ретте энергия үшін пайдаланылады тіршілік.

Жасушалар қабілетті емес синтездеу органикалық қосылыстар және бейорганикалық заттардың мұқтаж, сондықтан жеткізуге дайын органикалық заттарды сырттан аталады гетеротрофными жасушалары немесе гетеротрофами. Жасушаның барлық жануарлар, адам, көптеген микроорганизмдер, сондай-ақ, кейбір өсімдіктер (мысалы, саңырауқұлақтар) болып табылады гетеротрофами.

Фотосинтез. Синтезі органикалық қосылыстар қарапайым, кедей энергиясымен заттарды қажет етеді ағыны энергиясын сырттан. Жасыл өсімдіктер үшін пайдаланады осы мақсатқа жарық энергиясын Күн. Өсімдік жасушалары ие арнайы механизмі, мүмкіндік беретін атындағы түрлендіру жарық энергиясын энергиясын химиялық байланыстар. Бұл процесс деп аталады фотосинтезом.

Фотосинтез процесі өрнектеледі келесі жиынтық уравнением:

6СО2 + 6Н2О=C6H12O6+6О2

Бұл процестің заттар, кедей энергиясымен (СО2 және Н2О) ауысады көмірсу — құрмалас бай энергиясымен органикалық зат. Нәтижесінде фотосинтез бөлінеді, сондай-ақ, молекулалық оттегі.

Жиынтық теңдеуі фотосинтез туралы түсінік бермейді, оның механизмі. Бұл күрделі, көп сатылы процесс. Орталық рөлі оған тиесілі хлорофиллу — органическому зат көк түсті.

Жасыл жапырақтарда жазылған шамамен 1% хлорофилла құрғақ салмағы. Хлорофилл спиртте ериді, және оны шығарып настаиванием жапырақтары спиртке. Ерітінді хлорофилла бар жасыл түсі және флуоресцирует.

Флуоресценция хлорофилла ерітіндіде түсіндіріледі электрондар молекуласындағы хлорофилла жұтып жарық энергиясын, нәтижесінде олар тастап орбитаға, тиісті олардың бастапқы жағдайы, және перескакивают жоғары орбитаға, тиісті оларды «қозғалған». Содан кейін электрондар кері қайтарылады өзінің бастапқы орбитаға, және бұл көшу емдеп, поглощенную олардың энергиясын түрінде жарық флуоресценции. Хлорофилл ерітіндісіне қабілетті емес гарнер энергия света. Басқа көрініс байқалады s торда, онда молекулалар хлорофилла кіріктірілуі құрылымын хлоропласта орналасқан біріктіру молекулалар ферменттер, липоидов және басқа да заттар. Хлорофилл жасыл парағында жарықтандыру кезінде емес флуоресцирует. Сіңірілген хлорофиллом энергиясы жарықтың мұнда рассеивается, ал айналуда, сөйтіп энергиясын химиялық байланыстар.

Үшін түсіну тетігі осы түрлендіру, назар аударайық схемасы фотосинтез.

Фотосинтез процесі басталады жарықтандыру хлоропласта көрінетін жарық. Фотон «ударяет» электрондық молекулалар хлорофилла, оған энергия электрон ауысады «қозғалған» жай-күйі: ол тастап негізгі орбитаға және перескакивает жоғары орбитаға. Осыдан кейін ол бірден кері құлайды. Бұл ретте артық энергия электрона ішінара ауысады жылу (шамамен 25%), ал басым бөлігі беріледі қосылыстарға жүрген торда сайрауын, оларды айналдыру.

Бөлім «құлайтын» электрондар захватывается иондарымен және сутек. Клеткадағы әрқашан бар біраз саны Н+ және ОН-иондары, себебі су ерітіндісінде молекулалардың бөлігі су орналасқан диссоциированном жай-күйі:

Н2О = Н++ОН- (1)

Ион сутегі қосады электрон айналады сутегі атомы:

Н++ е = Н (2)

Ион гидроксила, қалған өз противоиона, дереу сол » деп электрон басқа молекулам немесе иондарына айналады еркін радикал ОЛ:

ОЛ-= е + ОЛ (3)

Бос сутегі атомдары, ОЛ радикалдар химиялық тұрғыдан өте белсенді. Сутегі атомдары қосылады органическому зат бар күрделі құрылымы, және, тиісінше, өте громоздкое атауы: никотинамидди-нуклеотидфосфат (қысқаша НАДФ). НАДФ әрқашан бар клеткадағы; присоединив сутегі, ол ауысады қалпына келтірілген нысаны:

НАДФ + 2Н = ҮСТІНДЕГІ ФхН2 (4)

Еркін-радикалдар өзара іс-қимыл бір-бірімен, әрі құрылады, молекулалық оттегі бөлініп шығатын атмосфераға және су:

4ОН = О2 + 2Н2О (5)

Просуммировав реакциялар 1, 2, 3, 5, аламыз:

2Н2О = О2 + 4Н (6)

Осылайша, молекулярлық оттегі пайда болған кезде фотосинтезе нәтижесінде туындайды ыдырау (фотолиза) су. Бұл ферментативный процесс. Өзінің механизмі фотолиз су сходен электролизімен су. Есте, бұл өтуі кезінде электр тоғының арқылы су ерітіндісі сутегі иондары алады электрондар жылғы катодты және айналады сутегі атомдары (егер ерітіндіде болған НАДФ, ол өзіне қосып еді бұл сутегі атомдары көшті НАДФхН2), ал ОЛ -иондар, электрондар беріп аноду, айналады еркін-радикалдар, пайда болатын молекулалық оттегі және су.

Энергия басқа бөлігінде «құлайтын» электрондар, сондай-ақ электрондар, бөлінетін жылғы иондар гидроксила және ие тағы кейбір қорымен энергиясын айналуда, сөйтіп энергиясын макроэргической фосфатной байланыс: АДФ (әрқашан присутствующей клеткадағы) және бейорганикалық фосфат (Ф) синтезируется АТФ:

АДФ + Ф=АТФ

Осылайша, артық энергия қозғалған электрондар ауысқан кезде олардың бастапқы күйіне туындатады үш процесі:

Фотолиз су білімі бар молекулярлық оттегі.

Қалпына келтіру НАДФ білімі бар НАДФхН2.

Синтезі АТФ.

Бұл реакциялар жүреді тек жарықта. Оларды жүзеге асыру болып табылады тікелей нәтижесі сіңіру хлорофиллом лучистой энергии. Сондықтан бұл сатысы фотосинтез деп аталады жарық фаза. Одан әрі синтетикалық процестер фотосинтез жүреді де жарықта және қараңғыда. Сондықтан осындай кешенді реакциялар деп аталады темновой фаза.

Фотосинтездің қараңғы фазасында жүретін реакциялар білдіреді бірқатар дәйекті ферментативті реакциялар. Жүзеге асыру үшін осы реакциялардың қатысады синтезделген да жарық фазаға АТФ және НАДФхН2. Орталық орын арасында реакциялар темновой фазаны алады байланыстыру реакциясы көмірқышқылын: СО2 диффундирует парағына атмосферадан құрамына бір аралық қосылыстар. Нәтижесінде түзілетін көмірсулар — алдымен моносахаридтер, содан кейін ди — және полисахаридтер.

Сонымен, жарық фазаға фотосинтез жарық Күн энергиясы айналуда, сөйтіп энергиясын химиялық байланыстар НАДФхНг және АТФ. «Темповую фазаға энергия осы заттардың (НАДФхН2 және АТФ) жұмсалады синтездеу көмірсулар.

Фотосинтез процесі ұсынады негізгі тетігі оның көмегімен жасыл өсімдіктер өндіретін органикалық заттар. Барлық заттар өсімдіктер, оның кез келген «урожайная» бөлігі — жемістер, тұқымдар, тамыр жемістер, ағаштар және т. б. — есебінен құрылады заттардың, порожденных нәтижесінде фотосинтетической белсенділігін оның жасушалары.

Фотосинтез өнімділігі шамамен 1 г органикалық зат 1 мг алаңда жапырақтары 1 сағат. Осылайша, кезінде өзге де тең жағдайларда өнім көп болса, соғұрлым жоғары беті жапырақтары выросших өсімдіктер мен ұзақ олар ретінде жұмыс істейді фотосинтетические.

Зерттеу рөлін жарық және хлорофилла меңгеру үдерісінде СО2 кезінде фотосинтезе үлкен үлес қосты ірі орыс ғалымы К. А. Тимирязев. Тимирязеву тиесілі және теңдессіз танымал ету жұмыстарын білім бойынша фотосинтезу, ол туралы былай деп жазды: «Бұл процесс, оның түпкілікті сатыдағы байланысты барлық өмір көріністері біздің планетада». Бұл әбден негізді бекіту, өйткені фотосинтез тек негізгі жеткізуші, органикалық қосылыстар, бірақ жалғыз көзі еркін оттегі Жер бетінде.

Өсімдік жасушалары, және барлық басқа жасушалар, үнемі дем, яғни жұтып оттегі мен СО2 бөледі. Күндіз сонымен қатар тыныс көмегімен хлорофилл бар тетігін өсімдік жасушалары преобразуют жарық энергиясын химиялық: олар синтезируют органикалық заттар. Бұл ретте жанама өнім ретінде реакция бөлінеді молекулалық оттегі. Саны оттегі бөлінетін өсімдік торымен барысында фотосинтез, 20—30 есе артық сіңіру, оны бір мезгілде идущем процесінде тыныс алу. Түсінікті, сондықтан, бұл күнге өсімдіктер мен дем, мен фотосинтезируют, олар лингводидактикалық ауа оттегімен, ал түнде, қашан фотосинтез тоқтатылады, олар тек дем, яғни жұтып оттегі бөледі углекислоту.

Хемосинтез

Сонымен жасуша жасыл өсімдіктер, автотрофность свойственна сондай-ақ, кейбір бактериям жоқ хлорофилла. Тәсілі, оның көмегімен олар жұмылдырады энергиясы үшін синтетикалық реакциялар, мүлдем өзге науқастарға қарағанда өсімдік жасушалары. Бұл түрі автотрофов ашылған орыс ғалым-микробиологом С. Н. Виноградским. Үшін синтезов бактериялар пайдаланады энергиясын химиялық реакциялар. Олар болады арнайы ферментным аппараты мүмкіндік беретін, оларға энергиясын түрлендіру химиялық реакциялардың, атап айтқанда, энергия реакциялар тотығу бейорганикалық заттардың химиялық энергиясын синтезируемых органикалық қосылыстар. Бұл процесс деп аталады хемосинтезом.