Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах

Световая фаза фотосинтеза зависит от поступления в клетку светового излучения (фотонов). В природе фотосинтез стимулируется солнечным светом.

Содержащиеся в хлоропластах растительных клеток хлорофиллы и другие пигменты улавливают излучение определенных длин волн. Энергия фотонов переводит электроны пигментов на более высокий энергетический уровень. Вместо того, чтобы снова вернуться на прежний энергетический уровень с обратным излучение энергии, электроны захватываются акцепторами и переносятся по электрон-транспортной цепи, встроенной в мембрану тилакоидов хлоропластов.

По пути следования электронов их энергия частично теряется, а частично тратится на синтез АТФ и восстановление НАДФ. Таким образом солнечная энергия переводится в энергию химических связей, используемую потом в темновой фазе на синтез органических веществ. В этом смысле световую фазу фотосинтеза можно назвать подготовительной.

Электрон-транспортную цепь составляют пигменты, ферменты и коферменты. Одни локализованы в мембране почти неподвижно, другие перемещаются, выполняя роль переносчиков электронов и протонов.

Однако световые реакции фотосинтеза происходят не только на мембране тилакоидов. Также фотоны света запускают фотолиз воды. В результате фотолиза вода распадается на протоны водорода (H+), электроны (e-) и атомы кислорода (O). Последние, попарно объединяясь, выделяются из клетки в виде молекулярного кислорода (O2).

Причина необходимости фотолиза становится ясна при более подробном рассмотрении реакций световой фазы, протекающих на тилакоидной мембране.

Здесь функционируют две фотосистемы. Это так называемые фотосистема I и фотосистема II. Каждая из них улавливает световую энергию, и от каждой отрываются возбужденные электроны, которые принимаются своими акцепторами. В фотосистемах образуются электронные дырки, т. е. недостаток электронов. Хлорофиллы реакционных центров фотосистем становятся положительно заряженными. Чтобы система снова могла работать, необходимо эти дырки устранять за счет притока электронов из вне.

В растениях световая фаза фотосинтеза организована таким образом, что фотосистема I заполняет дырки электронами, транспортирующимися от фотосистемы II. А та получает электроны, которые образуются при фотолизе воды.

Электроны, вышедшие из первой фотосистемы, пройдя по электрон-транспортной цепи, достигают НАДФ. Этот кофермент восстанавливается и заряжается отрицательно. После этого притягивает протоны водорода, превращаясь в НАДФ·H2. Таким образом, фотолиз воды необходим для получения протонов и электронов.

По пути следования электронов от второй фотосистемы к первой происходит синтез АТФ за счет накопленного электро-химического градиента — разницы зарядов по разные стороны мембраны.

Рассмотрим подробнее упрощенную схему световой фазы фотосинтеза:

Помимо энергии света для фотолиза воды нужен еще фермент, который отмечен на схеме как «водоокисляющий комплекс». Он встроен в фотосистему. Образовавшиеся протоны остаются в люмене, а электроны уходят в фотосистему II (PSII). Поток электронов показан синей пунктирной стрелкой.

Надписи P680 и P700 в фотосистемах обозначают длины волн света, которые преимущественно поглощаются реакционными центрами PS. Сами фотосистемы имеют сложное строение. Кроме испускающего электроны реакционного центра, они включают также светособирающий комплекс.

Из PSII электроны передаются на кофермент пластохинон. Заряжаясь отрицательно, он присоединяет протоны из стромы. Поток протонов показан красной пунктирной стрелкой. Пластохинон транспортирует электроны и протоны до ферментативного комплекса цитохром-b6f. Последний окисляет пластохинон.

Цитохром-b6f перекачивает протоны в люмен, а электроны передает следующему коферменту-переносчику – пластоцианину.

В это время в люмене за счет протонов, перенесенных из стромы и образовавшихся в результате фотолиза воды, накапливается достаточный положительный заряд, чтобы «сработал» фермент АТФ-синтаза. Через его каналы протоны устремляются на внешнюю сторону тилакоидной мембраны. Эта энергия используется АТФ-синтазой для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Пластоцианин транспортирует электроны в PSI, восстанавливая ее. Отсюда в результате действия света электроны передаются на ферредоксин. Под действием фермента ферредоксин-НАДФ-редуктазы он восстанавливает НАДФ. При этом также используются протоны, находящиеся в строме хлоропласта. Сюда они поступили в том числе и через каналы АТФ-синтазы.

Рассмотренные реакции световой фазы представляют собой нециклический транспорт электронов. Однако данный этап фотосинтеза может протекать и по циклическому пути. В этом случае ферродоксин восстанавливает не НАДФ, а пластохинон. Таким образом, PSI получает свои электроны обратно. В случае циклического транспорта электронов синтеза НАДФ·H2 не происходит, световая фаза дает только АТФ.

Нециклический (обычный) транспорт электронов называют также Z-схемой переноса электронов. Если изобразить поток электронов с учетом постепенного понижения их энергии, то получится схема, похожая на повернутую на 90° букву Z.

Фотодиссоциация (или фотолиз) — химическая реакция, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения.

Для этого процесса принципиальное значение имеет так называемая энергия активации — свойство участвующей в процессе молекулы — и превышение этой энергии энергией взаимодействующего фотона.

Фотолиз в атмосфере

Фотолиз также протекает в атмосфере как часть последовательности реакций в ходе которой первичные загрязняющие вещества, такие как углеводороды и оксиды азота, взаимодействуют с образованием вторичных загрязняющих веществ, таких как пероксиацилнитраты.

См. подробнее статью смог.

Две важнейших реакции фотодиссоциации в тропосфере

Первая:

O3 + hν → O2 + O(1D) λ < 320 nm

в ходе которой генерируется возбужденный атомарный кислород, который при дальнейшей реакции с водой даёт радикал гидроксила:

O(1D) + H2O → 2OH

Гидроксил-радикал является ключевым в химии атмосферы, как инициатор окисленияуглеводородов в атмосфере, а также действующий как моющее средство.

Вторая:

NO2 + hν → NO + O

-ключевая реакция при образовании тропосферного озона.

Образование озонового слоя также связано с фотодиссоциацией. Озон в стратосфере Земли образуется под воздействием ультрафиолета на кислородную молекулу, содержащую два атома кислорода (O2), которая разлагается на индивидуальные атомы (атомарный кислород).

Атомарный кислород затем взаимодействует с неразрушенным O2 с образованием озона, O3.
Фотолитическим является процесс разрушения хлорфторуглеводородов в верхних слоях атмосферы с образованием озоноразрушающих свободных радикаловхлора.

Фотография

Основная статья: Скрытое изображение § Фотолиз галогенидов серебра

Фотолиз галогенидов серебра является ключевой реакцией в плёночной фотографии и приводит к формированию скрытого изображения в фотоматериалах.

Астрофизика

В астрофизике фотодиссоциация является одним из важнейших процессов разрушения и образования новых молекул. В вакуумемежзвёздного пространства, молекулы и свободные радикалы могут существовать длительное время.

Скорость фотодиссоциации очень важна для изучения состава межзвёздного вещества из которого образуются звёзды.

Типичный пример реакции фотолиза в межзвёздном пространстве ( — обозначение кванта света, фотона):

Многофотонная диссоциация

В сравнении с ультрафиолетом или другими фотонами высоких энергий, энергии одиночных фотонов инфракрасного спектрального диапазона обычно недостаточно для прямой фотодиссоциации молекул.

Лекция № 12. Фотосинтез. Хемосинтез

Однако, после поглощения серии инфракрасных фотонов молекула может прирастить свою внутреннюю энергию до уровня, превышающего порог диссоциации. Многофотонная диссоциация может быть достигнута при использовании лазеров высоких энергий, таких как углекислотный лазер, лазер на свободных электронах, или при длительном времени взаимодействия молекул с потоком излучения без возможности быстрого охлаждения.

Последний метод позволяет добиваться многофотонной диссоциации даже под воздействием излучения с непрерывным спектром.

Флэш-фотолиз

Флэш-фотолиз — метод, при котором импульс лазера продолжительностью несколько наносекунд (пикосекунд, фемтосекунд) возбуждается лампой-вспышкой. Метод разработан в 1949 году Манфредом Эйгеном, Рональдом Норришем и Джорджем Портером, удостоенными Нобелевской премии по химии в 1967 году за это открытие.

См. также

Примечания

CC© wikiredia.ru

А1 Фотолиз воды происходит в клетке в митохондриях лизосомах хлоропластах эдоплазматической сети А2


А1 Фотолиз воды происходит в клетке в

  1. митохондриях
  2. лизосомах
  3. хлоропластах
  4. эдоплазматической сети

А2 Функцию переноса углекислого газа в организме человека и многих животных выполняет

  1. хлорофилл
  2. гемоглобин
  3. фермент
  4. гормон

А3 В каком порядке расположены органы пищеварения?

  1. ротовая полость-пищевод-желудок-тонкая кишка-толстая кишка-прямая кишка
  2. ротовая полость-пищевод- толстая кишка-желудок-тонкая кишка -прямая кишка
  3. ротовая полость-желудок-пищевод- прямая кишка- толстая кишка
  4. ротовая полость-желудок-пищевод- толстая кишка-тонкая кишка -прямая кишка

А4 Недостаток у человека витамина А приводит к заболеванию

  1. куриной слепотой
  2. сахарным диабетом
  3. цингой
  4. рахитом

А5 К социальным факторам эволюции человека относят

  1. изменчивость
  2. трудовую деятельность
  3. борьбу за существование
  4. наследственность

А6 Популяция клеста-еловика более устойчива, если

  1. в ней преобладают мужские особи
  2. в лесу нарушена ярусность
  3. особи в ней генетически различны
  4. особи в ней генетически однородны

А7 К абиотическим факторам относят

  1. конкуренцию растений за поглощение света
  2. влияние растений на жизнь животных
  3. изменение температуры в течение суток
  4. загрязнение окружающей среды человеком

А8 По способу питания и получения энергии собачий клещ относится к

  1. редуцентам
  2. консументам первого порядка
  3. консументам второго порядка
  4. консументам третьего порядка

А9 Сколько плоскостей симметрии можно провести через тело человека и млекопитающих животных?

  1. одну
  2. две
  3. три
  4. много

А10 У каких животных покровы выполняют функцию наружного скелета?

  1. у кольчатых червей
  2. у членистоногих
  3. у круглых червей
  4. у паукообразных

А11 Семя – это

  1. зародыш
  2. почка
  3. зачаточное растение
  4. видоизмененный побег

А12 Венозная кровь течет

  1. в аорте и крупных артериях большого круга кровообращения
  2. в венах малого круга кровообращения
  3. в артериях малого и венах большого кругов кровообращения
  4. в мелких артериях большого круга кровообращения

А13 Примером общей дегенерации является отсутствие

  1. пищеварительной системы у бычьего цепня
  2. конечностей у кита
  3. шерстного покрова у ящерицы
  4. незамкнутой кровеносной системы у паука

А14 Существа, для которых характерно неклеточное строение, а их жизнедеятельность проявляется только в клетках других организмов, относят к группе

  1. бактерий
  2. водорослей
  3. вирусов
  4. простейших

А15 Потеря энергии в цепи питания от растений к растительноядным животным, а от них к последующим звеньям называется

  1. правилом экологической пирамиды
  2. круговоротом веществ
  3. колебанием численности популяции
  4. саморегуляцией численности популяции

А16 Какая ткань в стенках артерий обеспечивает изменение ширины их просвета

  1. соединительная
  2. мышечная гладкая
  3. эпителиальная
  4. мышечная поперечнополосатая

А17 Бычьим цепнем можно заразиться, если

  1. покупать мясо на неконтролируемых рынках
  2. употреблять в пищу немытые овощи и фрукты
  3. не мыть руки после работы в саду или на огороде
  4. использовать для питья воду из мелких стоячих водоемов

А18 В промышленных городах редко встречается лишайник, так как

  1. это симбиотический организм
  2. он очень медленно растет
  3. он чувствителен к загрязнению окружающей среды
  4. ему не хватает кислорода для дыхания

А19 Новые комбинации генов могут возникнуть в дочернем организме

  1. при размножении спорами
  2. при размножении клубнями
  3. в процессе мейоза
  4. в процессе митоза

А20 Клетки животных не могут синтезировать органические вещества из неорганических, поэтому их относят к группе

  1. автотрофов
  2. гетеротрофов

3.

Темновая и световая фаза фотосинтеза. Где протекает световая фаза фотосинтеза?

симбиотических организмов

4. хемосинтезирующих организмов

А21 Макроэволюцией называют историческое изменение

  1. биоценозов
  2. популяций
  3. надвидовых таксонов
  4. видов

А22 На численность белки в лесной зоне не влияет

  1. смена холодных и теплых зим
  2. урожай еловых шишек
  3. численность хищников
  4. численность паразитов

А23 Как называется период развития цыпленка в яйце

  1. эмбриональный
  2. постэмбриональный
  3. эволюционный
  4. онтогенетический

А24 Уменьшение толщины озонового слоя связано с деятельностью

  1. растений
  2. микроорганизмов
  3. человека
  4. животных

А25 Путем мейоза не образуются

  1. гаметы
  2. соматические клетки
  3. яйцеклетки
  4. сперматозоиды

А26 Цитоплазма выполняет функцию скелета клетки за счет наличия в ней

  1. микротрубочек
  2. множества хлоропластов
  3. множества митохондрий
  4. системы разветвленных канальцев

А27 Какие вещества синтезируются в клетках человека из аминокислот?

  1. фосфолипиды
  2. углеводы
  3. витамины
  4. белки

А28 Элементарной эволюционной единицей считают

  1. вид
  2. геном
  3. популяцию
  4. генотип

А29 Взаимоотношения растений, животных и грибов в природе изучает

  1. систематика
  2. физиология
  3. экология
  4. селекция

А30 Ядро в клетке ученые открыли благодаря использованию

  1. ручной лупы
  2. штативной лупы
  3. светового микроскопа
  4. электронного микроскопа

А31 В животной клетке отсутствуют

  1. пластиды
  2. лизосомы
  3. комплекс Гольджи
  4. центриоли клеточного центра

А32 Наследственная информация в клетках грибов заключена в

  1. рРНК
  2. тРНК
  3. генах
  4. белках

А33 Роль матрицы в определении последовательности расположения аминокислот в молекуле белка выполняет

  1. АТФ
  2. АМФ
  3. иРНК
  4. тРНК

А34 Пример бесполого способа размножения –

  1. партеногенез
  2. спорообразование
  3. образование семян
  4. образование гамет

А35 Позвоночные, откладывающие на суше крупные, оплодотворенные яйца, защищенные плотной оболочкой, — это

  1. хвостатые земноводные
  2. хрящевые рыбы
  3. пресмыкающиеся
  4. сумчатые

В1 Рефлексы, обеспечивающие постоянство протекания процессов жизнедеятельности организма человека,-

А) условные

Б) безусловные

В) имеются у всех особей вида

Г) являются строго индивидуальными

Д) передаются по наследству

Е) не передаются по наследству

Ответ:__________________(Запишите соответствующие буквы в алфавитном порядке)

В2 Комплекс Гольджи выполняет в клетке ряд функций

А) накапливает синтезированные в клетке вещества

Б) синтезирует молекулы АТФ

В) участвует в образовании лизосом

Г)тосуществляет реакции гликолиза

Д) осуществляет расщепление биополимеров до мономеров

Е) участвует в возобновлении плазматической мембраны

Ответ:__________________(Запишите соответствующие буквы в алфавитном порядке)

В3 Установите соответствие между животными и температурой их тела.

Животные Температура тела

  1. Речной окунь А) постоянная
  2. Голубая акула Б) непостоянная
  3. Заяц-беляк
  4. Серая жаба
  5. Большая синица
  6. Гренландский тюлень
  7. Прыткая ящерица

В4 Установите последовательность процессов эмбриональногоразвития позвоночных животных.

А) образование бластомеров в процессе дробления зиготы

Б) закладка зачаточных органов зародыша

В) слияние яйцеклетки и сперматозоида

Г) развитие нервной пластинки

Д) формирование зародышевых листков

C1 Объясните значение закаливающих процедур для человека.

С2 Почему однояйцевые близнецы всегда одного пола и очень похожи?

С3 Опишите особенности царства Растения.

Приведите не менее 4-х признаков.

С4 Назовите не менее 3-х отличий в строении клеток прокариот и эукариот.

С5 Каковы генотипы гибридов первого поколения, полученные в результате опыления гомозиготного раннеспелого (В) растения ячменя пыльцой позднеспелого, и соотношение генотипов и фенотипов в F2 при скрещивании гибридов F1?

Добавить документ в свой блог или на сайтВаша оценка этого документа будет первой.Ваша оценка:

Похожие:

поиск

Молекулярная формула фотосинтеза — это один из способов графического изображения процесса фотосинтеза.

Это формула была разработана французским биохимиком Мишелем Гриньяром в 1881 году. Она используется для обозначения преобразования световой энергии Солнца в энергию химических связей.

Молекулярная формула фотосинтеза:

I) Световая или Светозависимая фаза: 1) n(L)+[Ch(ē)]⇌ ē↑+[Ch](-)L(+)n + Q 2)HOH → H(+)+ OH(-) — реакция идёт под воздействием света(hv) 3)H(+)+ē+OH 4)OH(-)=ē+OH 5)4ОН → О2 + 2Н2О 6)ē↑+[Ch](-)+ē⇌n(L){ա}(+) + [Ch(ē)](-) II) Темновая фаза: 6СО2 + 24 Н2О —> C6H12O6 + 6 H2O — общее уравнение.

Условные обозначения:

n(L) — кванты света [Ch(ē)] — подвижные электроны молекул хлорофилла ē↑ — возбуждённое состояние электронов Q — выделение тепла (hv) — вещества-переносчики электронов OH(-) — Гидроксид-ион H(+) — ион водорода (+) и (-) — обозначение зарядов: положительного и отрицательного

Этот метод соответствует тем процессам, которые происходят в особых органоидах Зелёных растений — хлоропластах — пигмента хлорофилла они осуществляют фотосинтез.

Процесс фотосинтеза по формуле Гриньяра:: Кванты света взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы(точнее, их электроны) переходят в более богатое энергией «возбужденное состояние».

Избыточная энергия части возбуждённых молекул преобразуется в теплоту или испускаеться в виде света(-ē↑). Другая её часть передаётся ионам водорода, всегда находящимся в водном растворе вследствие диссоциации воды . Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с молекулами — переносчиками водорода.

Ионы гидроксила отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы OH. Радикалы OH взаимодействую друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород в соответствии с уравнением: 4ОН → О2 + 2Н2О Отсюда следует, что источником свободного кислорода служит вода.

Этот процесс(разложение воды, под действием света) называется фотолизом воды. Кроме фотолиза воды энергия возбуждённых светом электронов хлорофилла используется для синтеза АТФ их АДФ и фосфата без участия кислорода — этот процесс называется нуклеодеоксигенезация и соответствует формуле: ē↑+[Ch](-)+ē⇌n(L){ա}(+) + [Ch(ē)](-) Накопленная в результате светозависимых реакций энергия и атомы водорода, образованные при фотолизе воды, используется для синтеза углеводов из CO2: 6СО2 + 24 Н2О —> C6H12O6 + 6 H2O — это процесс темновой фазы.

[править]Примечания

[править]Литература

  • M.J .Grignard .

    «Lumière dans la transformation de substances biochimiques

  • Michel Grignard Jaurès. «Des méthodes pour déterminer les processus, en utilisant un photon»
  • Boussingault, J.B.

    Mémoires de J.-B. Boussingault. París: Chamerot et Renouard, 1892—1903.

  • McCosh, F.W.J. Boussingault: Chemist and Agriculturist. Dordrecht: D.

    Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах…

    Reidel, 1984 ISBN 90-277-1682-X.

  • Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ. — М.: Прогресс, 1992.

[править]Ссылки

Световая фаза

Темновая фаза фотосинтеза заключается в синтезе органических веществ за счет АТФ и НАДФ·H2, полученных в световую фазу. Более точно: в темновую фазу происходит связывание углекислого газа (CO2).

Процесс этот многоступенчатый, в природе существуют два основных пути: C3-фотосинтез и C4-фотосинтез. Латинская буква C обозначает атом углерода, цифра после нее — количество атомов углерода в первичном органическом продукте темновой фазы фотосинтеза.

Так в случае C3-пути первичным продуктом считается трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, обозначаемая как ФГК. В случае C4-пути первым органическим веществом при связывание углекислого газа является четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат).

C3-фотосинтез также называется циклом Кальвина в честь изучившего его ученого. C4-фотосинтез включает в себя цикл Кальвина, однако состоит не только из него и называется циклом Хэтча-Слэка.

В умеренных широтах обычны C3-растения, в тропических — C4.

Темновые реакции фотосинтеза протекают в строме хлоропласта.

Цикл Кальвина

Первой реакцией цикла Кальвина является карбоксилирование рибулозо-1,5-бифосфата (РиБФ).Карбоксилирование — это присоединение молекулы CO2, в результате чего образуется карбоксильная группа -COOH.

РиБФ — это рибоза (пятиуглеродный сахар), у которой к концевым атомам углерода присоединены фосфатные группы (образуемые фосфорной кислотой):

Реакция катализируется ферментом рибулозо-1,5-бифосфат-карбоксилаза-оксигеназа (РуБисКО). Он может катализировать не только связывание углекислого газа, но и кислорода, о чем говорит слово «оксигеназа» в его названии. Если РуБисКО катализирует реакцию присоединения кислорода к субстрату, то темновая фаза фотосинтеза идет уже не по пути цикла Кальвина, а по пути фотодыхания, что в принципе является вредным для растения.

Катализ реакции присоединения CO2 к РиБФ происходит в несколько шагов. В результате образуется неустойчивое шестиуглеродное органическое соединение, которое тут же распадается на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

Далее ФГК за несколько ферментативных реакций, протекающих с затратой энергии АТФ и восстановительной силы НАДФ·H2, превращается в фосфоглицериновый альдегид (ФГА), также называемый триозофосфатом.

Меньшая часть ФГА выходит из цикла Кальвина и используется для синтеза более сложных органических веществ, например глюкозы.

Она, в свою очередь, может полимеризоваться до крахмала. Другие вещества (аминокислоты, жирные кислоты) образуются при участии различных исходных веществ.

Такие реакции наблюдаются не только в растительных клетках. Поэтому, если рассматривать фотосинтез как уникальное явление содержащих хлорофилл клеток, то он заканчивается синтезом ФГА, а не глюкозы.

Большая часть молекул ФГА остается в цикле Кальвина.

С ним происходит ряд превращений, в результате которых ФГА превращается в РиБФ. При этом также используется энергия АТФ. Таким образом, РиБФ регенерируется для связывания новых молекул углекислого газа.

Цикл Хэтча-Слэка

У многих растений жарких мест обитания темновая фаза фотосинтеза несколько сложнее.

В процессе эволюции C4-фотосинтез возник как более эффективный способ связывания углекислого газа, когда в атмосфере возросло количество кислорода, и РуБисКО стал тратиться на неэффективное фотодыхание.

У C4-растений существует два типа фотосинтезирующих клеток. В хлоропластах мезофилла листьев происходит световая фаза фотосинтеза и часть темновой, а именно связывание CO2 с фосфоенолпируватом (ФЕП).

В результате образуется четырехуглеродная органическая кислота. Далее эта кислота транспортируется в хлоропласты клеток обкладки проводящего пучка.

Здесь от нее ферментативно отщепляется молекула CO2, которая далее поступает в цикл Кальвина. Оставшаяся после декарбоксилирования трехуглеродная кислота — пировиноградная — возвращается в клетки мезофилла, где снова превращается в ФЕП.

Хотя цикл Хэтча-Слэка более энергозатратный вариант темновой фазы фотосинтеза, но фермент связывающий CO2 и ФЕП более эффективный катализатор, чем РуБисКО.

Кроме того, он не вступает в реакцию с кислородом. Транспорт CO2 с помощью органической кислоты в более глубоколежащие клетки, к которым затруднен приток кислорода, приводит к тому, что концентрация углекислого газа здесь увеличивается, и РуБисКО почти не расходуется на связывание молекулярного кислорода.

НОВОСТИ БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

Опыт 9.1. Исследование реакции Хилла

Выделение хлоропластов

Материалы и оборудование

Листья шпината, салата или капусты

Ножницы

Предварительно охлажденная ступка с пестиком (либо гомогенизатор или бытовой миксер)

Марля или нейлон

Воронка для фильтрования

Центрифуга и центрифужные пробирки

Водяная баня со льдом и солью

Стеклянная палочка

Растворы (см.

примечания ниже)

0,05 М фосфатный буфер, рН 7,0

Среда для выделения

Раствор ДХФИФ (реакционная среда)

Методика

Для выделения хлоропластов можно взять листья шпината, салата или капусты. Листья заливают холодной средой с нужным рН и подходящей осмотической и ионной силой; годится, например 0,4 М раствор сахарозы с 0,01 М КС1 и 0,05 М фосфатным буфером, рН 7,0.

Если вы хотите сохранить биохимическую активность, все растворы и необходимые принадлежности надо предварительно охладить и всю работу проводить на холоде и как можно быстрее.

Поэтому сначала хорошо разберитесь в методике, а затем уже подготовьте все оборудование.

Если нет возможностей для самостоятельного получения препаратов каждой группой студентов, этим методом можно выделить достаточное количество хлоропластов сразу для нескольких групп.

1. Измельчите ножницами три небольших листочка шпината, салата или капусты (средние жилки и черешки не берите). Залейте в холодную ступку или стакан гомогенизатора 20 мл охлажденной среды для выделения (если надо, пропорционально увеличьте объем измельченной массы и среды) и бросьте туда измельченные листья.

2. Быстро и энергично разотрите листья в ступке (или гомогенизируйте их около 10 с).

3. Положите на воронку четыре слоя марли или нейлона, смочите холодной средой для выделения.

4. Профильтруйте гомогенат через воронку. Фильтрат соберите в охлажденные центрифужные пробирки, помещенные в водяную баню со льдом и солью.

Соберите края марли вместе и тщательно отожмите ее в пробирки.

5. Удостоверьтесь в том, что объем фильтрата во всех пробирках одинаков*.

* ()

6. Если ваша настольная центрифуга имеет всего одну постоянную скорость, центрифугируйте фильтрат в течение 2-5 мин (нужно, чтобы появился небольшой осадок, но время осаждения должно быть минимальным).

Если имеется настольная центрифуга, скорость которой можно менять, центрифугируйте фильтрат 1-2 мин при 100-200 g (g — ускорение силы тяжести). Надосадочную жидкость отцентрифугируйте еще раз в течение 5 мин при 1000-2000 g (этого времени достаточно для получения небольшого осадка хлоропластов).

7. Слейте надосадочную жидкость. Налейте в одну из пробирок примерно 2 мл среды для выделения и ресуспендируйте осадок с помощью стеклянной палочки. Полученную суспензию перелейте во вторую пробирку и повторите ресуспендирование. (Если работают несколько групп студентов, то можно налить во все пробирки по 2 мл среды для выделения и дать каждой группе по одной пробирке.)

8.

Полученную суспензию хлоропластов держите в водяной бане со льдом и солью и используйте ее как можно быстрее.

Реакция Хилла

Теперь суспензию хлоропластов можно использовать для изучения реакции Хилла. Раствор ДХФИФ должен быть комнатной температуры. Подготовьте четыре пробирки (1-4) и налейте в них соответственно

1) 0,5 мл суспензии хлоропластов + 5 мл раствора ДХФИФ; оставьте пробирку на ярком свету;

2) 0,5 мл среды для выделения + 5 мл раствора ДХФИФ; оставьте пробирку на ярком свету;

3) 0,5 мл суспензии хлоропластов + 5мл раствора ДХФИФ; сразу же спрячьте в темное место;

4) прилейте к 5 мл дистиллированной воды 0,5 мл суспензии хлоропластов.

Эта пробирка послужит цветным стандартом: она покажет, какой должна быть окраска суспензии после полного восстановления ДХФИФ. Через 15-20 мин запишите ваши наблюдения.

Если в лаборатории есть колориметр, то за ходом реакции можно проследить, отмечая уменьшение поглощения света красителем по мере изменения его окраски. В окисленном состоянии краситель синий, а в восстановленном бесцветный. В этом случае пробы 2 и 4 следует приготовлять прямо в кюветах колориметра. Поставьте красный (или желтый) светофильтр и установите прибор на ноль, взяв в качестве контроля кювету с пробой 4.

Затем быстро приготовьте пробу 1, снимите для нее показания прибора и поставьте кювету с пробой 1 на яркий свет. Дальнейшие измерения делайте через каждые 30 с.

Постройте график хода реакции. Как только реакция закончится, измерьте поглощение пробы 3. Самопроизвольное восстановление красителя можно оценить по пробе 2, при этом для установки колориметра на ноль берут в качестве контроля среду для выделения. В идеале для полного восстановления достаточно 10 мин.

Примечания

Приготовьте следующие растворы:

0,05 М фосфатный буфер, рН 7,0

Na2HPО4·12Н2О 4,48 г (0,025 М)

КН2РО4 1,70 г (0,025 М)

Доведите дистиллированной водой до 500 мл и поставьте в холодильник (0-4°С).

Среда для выделения

Сахароза 34,23 г (0,4 М)

КС1 0,19 г (0,01 М)

Растворите все в фосфатном буфере при комнатной температуре и доведите буфером до 250 мл.

Держите среду в холодильнике при 0-4°С.

Раствор ДХФИФ (реакционная среда)

ДХФИФ 0,007-0,01 г (~ 10-4 М)

КС1 0,93 г (0,05 М)

Растворите в фосфатном буфере при комнатной температуре и доведите объем до 250 мл.

Храните в холодильнике при 0-4°С. Используйте при комнатной температуре. (Хлорид калия — кофактор реакции Хилла.)

9.8. Заметили ли вы какие-нибудь изменения в пробирке 1?

9.9. Для чего были нужны пробирки 2 и 3?

9.10. Какие другие органеллы помимо хлоропластов могут, по вашему мнению, попасть в суспензию?

9.11.

Фотосинтез. Значение фотосинтеза. Световая и Темновая фазы фотосинтеза

Из чего видно, что они не участвуют в восстановлении красителя?

9.12. Почему среду для выделения надо держать на холоде?

9.13. Для чего забуферивают среду для выделения?

9.14. Что служит а) донором и 6) акцептором электронов в реакции Хилла?

9.15. При реакции Хилла ДХФИФ действует на участке между X и ФС I в Z-схеме (рис. 9.15), и при этом выделяется кислород. Связана ли реакция Хилла с циклическим или с нециклическим фотофосфорилированием или же с тем и другим?

Обоснуйте ваш ответ.

9.16. На рис. 9.16 показано, как выглядят хлоропласты после описанного выше опыта: вид но, к чему приводит перенос их из гипертонической среды выделения в гипотоническую реакционную среду.


Рис. 9.16. Электронная микрофотография хлоропластов после выделения их в гипотонической среде; × 13485. Оболочки и строма утрачены

а) Чем хлоропласты на рис. 9.16 отличаются по внешнему виду от нормальных хлоропластов?

б) Можете ли вы объяснить, почему перенос хлоропластов в среду без сахарозы приводит к таким изменениям?

в) Почему желательно, чтобы эти изменения произошли в нашем опыте до реакции Хилла?

9.17. Как вы думаете, какое значение имело открытие реакции Хилла для понимания фотосинтетического процесса?

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *