Fotosyntesprocess. Mörk och ljus fas av fotosyntesen

NADH - grunden för energi och liv

I sin vanliga mening kan biologiskt liv definieras som förmågan att generera energi i en cell. Denna energi är högenergifosfatbindningar av kemikalier som syntetiseras i kroppen. De viktigaste högenergiföreningarna är adenosintrifosfat (ATP), guanosintrifosfat (GTP), kreatinfosforsyra, nikotinamid-dinukleotidfosfat (NAD(H) och NADP(H)), fosforylerade kolhydrater.

Nikotinamidadenindinukleotid (NADH) är ett koenzym som finns i alla levande celler och är en del av dehydrogenasgruppen av enzymer som katalyserar redoxreaktioner; utför funktionen av en bärare av elektroner och väte, som den tar emot från oxiderbara ämnen. Den reducerade formen (NADH) kan överföra dem till andra ämnen.

Hur man förbättrar prestandan

Vad är NADH? Många människor kallar det "en förkortning för livet". Och det är det verkligen. NADH (nikotinamidadenindinukleotidkoenzym) finns i alla levande celler och är ett livsviktigt element genom vilket energi produceras inuti celler. NADH är involverad i produktionen av ATP (ATP). NAD(H), som en universell energimolekyl, kan, till skillnad från ATP, konstant avlasta mitokondrier från överdriven ackumulering av laktat mot bildandet av pyruvat från det, på grund av stimulering av pyruvatdehydrogenaskomplexet, som är specifikt känsligt för NAD(H) /NAD-förhållande.

Kroniskt trötthetssyndrom: Fokus på mitokondrier

Ett antal kliniska studier har visat effektiviteten av NADH-läkemedel vid CFS. Den dagliga dosen var vanligtvis 50 mg. Den mest kraftfulla effekten inträffade efter 2-4 veckors behandling. Tröttheten minskade med 37-52%. Dessutom förbättrades en sådan objektiv kognitiv parameter som koncentration av uppmärksamhet.

NADH vid behandling av kroniskt trötthetssyndrom

NADH (vitamin B3-koenzym), som finns i alla levande celler, är en del av dehydrogenasgruppen av enzymer som katalyserar redoxreaktioner; utför funktionen av en bärare av elektroner och väte, som den tar emot från oxiderbara ämnen. Det är en reservkälla för energi i celler. Det deltar i nästan alla energiproduktionsreaktioner, vilket säkerställer cellandning. Genom att påverka motsvarande processer i hjärnan kan vitamin B3-koenzym förhindra nervcellers död vid hypoxi eller åldersrelaterade förändringar. Deltar i avgiftningsprocesser i levern. Nyligen har dess förmåga att blockera laktatdehydrogenas och därigenom begränsa ischemisk och/eller hypoxisk skada på myokardiet fastställts. Studier av effektiviteten av oral administrering vid behandling av kroniskt trötthetssyndrom har bekräftat dess aktiverande effekt på människors tillstånd.

NADH i sport och medicin: granskning av utländsk litteratur

Vi skrev om NADH (nikotinamidadenindinukleotidfosfat) i tidigare artiklar. Nu vill vi ge information från engelskspråkiga källor om denna substanss roll och betydelse för energiomsättningen i kroppen, dess effekt på nervsystemet och dess roll i utvecklingen av ett antal patologiska situationer och möjligheter för användning i medicin och sport. (Ladda ner monografi om NADH).

Herbalife Quickspark CoEnzyme 1 (NADH) ATP-energi

Naturlig energi på cellnivå

Quickspark är en produkt från företaget Herbalife. Det är en stabil form av Vitamin B3 CoEnzyme1. CoEnzyme1 hittades 1906 i Österrike av en vetenskapsman som heter professor George Birkmayer. CoEnzyme1 utvecklades för medicinska ändamål och användes under andra världskriget.

NADH (Enada)

Nikotinamidadenindinukleotid (NADH) är ett ämne som hjälper enzymernas funktion i kroppen. NADH spelar en roll i produktionen av energi och hjälper till att producera L-dopa, som kroppen omvandlar till signalsubstansen dopamin. NADH utvärderas för många tillstånd och kan vara till hjälp för att förbättra mental funktionalitet och minne.

Monooxygenasreaktioner är nödvändiga för:

1. specifika transformationer av aminosyror, till exempel för syntes av tyrosin från fenylalanin (enzym fenylalanin hydroxylas);

2. syntes av kolesterol, gallsyror i levern; steroidhormoner i binjurebarken, äggstockar, placenta, testiklar; vitamin D 3 i njurarna;

3. neutralisering av främmande ämnen (xenobiotika) i levern.

Enzymer av monooxygenasoxidationsvägen är lokaliserade i membranen i det endoplasmatiska retikulumet (med vävnadshomogenisering förvandlas dessa membran till mikrosomer - membranvesiklar). Därför kallas monooxygenasoxidationsvägen mikrosomal oxidation.

Mikrosomal oxidation är en kort elektrontransportkedja, inklusive NADP, FAD, FMN, cytokrom P 450.

Det mikrosomala systemet inkluderar två enzymer: cytokrom P 450 och NADPH-cytokrom P 450 reduktas.

NADPH-cytokrom P 450 – reduktas – flavoprotein, innehåller två koenzymer FAD och FMN som protesgrupp.

Cytokrom P 450 är ett hemoprotein som innehåller protesgruppen hem och bindningsställen för syre och substrat. Reducerad cytokrom P 450 har ett absorptionsmaximum vid 450 nm. Utför två funktioner: bindning av det oxiderbara substratet och aktivering av molekylärt syre.

Ris. 11.1. Mikrosomalt oxidationsschema

Mikrosomal oxidation sker i flera steg:

1. bindning av substratet RN i det aktiva centret av cytokrom P 450;

2. addition av den första elektronen och reduktion av järn i hem till Fe 2+; en förändring i valensen av järn ökar affiniteten hos P 450 – Fe 2+ RH-komplexet till syremolekylen; tillsats av en andra elektron till en syremolekyl och bildandet av ett instabilt peroxikomplex P 450 –Fe 2+ O 2 - RH;

3. Fe 2+ oxideras och en elektron läggs till syremolekylen; den reducerade syreatomen (O 2 -) binder två protoner (protondonator – NADPH + H +) och 1 vattenmolekyl bildas; den andra syreatomen är involverad i hydroxyleringen av substratet RH; det hydroxylerade substratet ROH separeras från enzymet.

Som ett resultat av hydroxylering blir det hydrofoba substratet mer polärt, vilket ökar dess löslighet och möjligheten till utsöndring från kroppen i urin. Det är så många främlingsfientliga och medicinska substanser som oxideras.

I sällsynta fall ökar hydroxylering föreningens toxicitet. Till exempel producerar oxidationen av ogiftig bensopyren (finns i tobaksrök och rökt mat) giftigt oxibenspyren, som är ett starkt cancerframkallande ämne som inducerar malign degeneration av celler.

Mitokondrier innehåller ett monooxygenassystem som utför en biosyntetisk funktion: kolesterolsyntes; steroidhormoner (binjurebarken, äggstockar, placenta, testiklar); gallsyror (lever); bildning av vitamin D 3 (njurar).

Som namnet antyder är fotosyntes i huvudsak den naturliga syntesen av organiska ämnen, som omvandlar CO2 från atmosfären och vattnet till glukos och fritt syre.

Detta kräver närvaron av solenergi.

Den kemiska ekvationen för fotosyntesprocessen kan generellt representeras enligt följande:

Fotosyntesen har två faser: mörkt och ljust. De kemiska reaktionerna i den mörka fasen av fotosyntesen skiljer sig väsentligt från reaktionerna i den ljusa fasen, men den mörka och ljusa fasen av fotosyntesen beror på varandra.

Ljusfasen kan uppstå i växtblad uteslutande i solljus. För mörker är närvaron av koldioxid nödvändig, varför växten ständigt måste absorbera den från atmosfären. Alla jämförande egenskaper för de mörka och ljusa faserna av fotosyntesen kommer att tillhandahållas nedan. För detta ändamål skapades en jämförande tabell "Phases of Photosynthesis".

Lätt fas av fotosyntesen

Huvudprocesserna i fotosyntesens lätta fas sker i tylakoidmembranen. Det involverar klorofyll, elektrontransportproteiner, ATP-syntetas (ett enzym som påskyndar reaktionen) och solljus.

Vidare kan reaktionsmekanismen beskrivas på följande sätt: när solljus träffar växternas gröna blad exciteras klorofyllelektroner (negativ laddning) i sin struktur, som, efter att ha övergått till ett aktivt tillstånd, lämnar pigmentmolekylen och hamnar på utanför tylakoiden, vars membran också är negativt laddat. Samtidigt oxideras klorofyllmolekyler och de redan oxiderade reduceras, vilket tar elektroner från vattnet som finns i bladstrukturen.

Denna process leder till det faktum att vattenmolekyler sönderfaller, och jonerna som skapas som ett resultat av fotolys av vatten ger upp sina elektroner och förvandlas till OH-radikaler som kan utföra ytterligare reaktioner. Dessa reaktiva OH-radikaler kombineras sedan för att skapa fullvärdiga vattenmolekyler och syre. I detta fall kommer fritt syre ut i den yttre miljön.

Som ett resultat av alla dessa reaktioner och transformationer laddas bladtylakoidmembranet på ena sidan positivt (på grund av H+-jonen), och å den andra - negativt (på grund av elektroner). När skillnaden mellan dessa laddningar på de två sidorna av membranet når mer än 200 mV passerar protoner genom speciella kanaler av ATP-syntetasenzymet och på grund av detta omvandlas ADP till ATP (som ett resultat av fosforyleringsprocessen). Och atomärt väte, som frigörs från vatten, återställer den specifika bäraren NADP+ till NADP·H2. Som vi kan se, som ett resultat av fotosyntesens ljusa fas, inträffar tre huvudprocesser:

1. ATP-syntes;
2. skapande av NADP H2;
3. bildning av fritt syre.

Den senare släpps ut i atmosfären och NADP H2 och ATP deltar i fotosyntesens mörka fas.

Mörk fas av fotosyntesen

De mörka och ljusa faserna av fotosyntesen kännetecknas av stora energikostnader från växtens sida, men den mörka fasen går snabbare och kräver mindre energi. Mörkfasreaktioner kräver inte solljus, så de kan inträffa både dag och natt.

Alla huvudprocesser i denna fas inträffar i växtens kloroplasts stroma och representerar en unik kedja av successiva omvandlingar av koldioxid från atmosfären. Den första reaktionen i en sådan kedja är fixeringen av koldioxid. För att få det att ske smidigare och snabbare tillhandahöll naturen enzymet RiBP-karboxylas, som katalyserar fixeringen av CO2.

Därefter inträffar en hel cykel av reaktioner, vars slutförande är omvandlingen av fosfoglycerinsyra till glukos (naturligt socker). Alla dessa reaktioner använder energin från ATP och NADP H2, som skapades i fotosyntesens lätta fas. Förutom glukos producerar fotosyntesen även andra ämnen. Bland dem finns olika aminosyror, fettsyror, glycerol och nukleotider.

Fotosyntesens faser: jämförelsetabell

Fotosyntes - video

Hur omvandlas solljusets energi i fotosyntesens ljusa och mörka faser till energin av kemiska bindningar av glukos? Förklara ditt svar.

Svar

I ljusfasen av fotosyntesen omvandlas solljusets energi till energin hos exciterade elektroner, och sedan omvandlas energin hos de exciterade elektronerna till energin hos ATP och NADP-H2. I den mörka fasen av fotosyntesen omvandlas energin av ATP och NADP-H2 till energin av kemiska bindningar av glukos.

Vad händer under fotosyntesens ljusa fas?

Svar

Klorofyllelektroner, exciterade av ljusenergi, färdas längs elektrontransportkedjor, deras energi lagras i ATP och NADP-H2. Fotolys av vatten sker och syre frigörs.

Vilka huvudprocesser sker under fotosyntesens mörka fas?

Svar

Från koldioxid som erhålls från atmosfären och väte som erhålls i den lätta fasen, bildas glukos på grund av energin från ATP som erhålls i den lätta fasen.

Vilken funktion har klorofyll i en växtcell?

Svar

Klorofyll är involverat i fotosyntesprocessen: i ljusfasen absorberar klorofyll ljus, klorofyllelektronen tar emot ljusenergi, bryts av och går längs elektrontransportkedjan.

Vilken roll spelar klorofyllmolekylernas elektroner i fotosyntesen?

Svar

Klorofyllelektroner, exciterade av solljus, passerar genom elektrontransportkedjor och ger upp sin energi till bildandet av ATP och NADP-H2.

I vilket skede av fotosyntesen bildas fritt syre?

Svar

I ljusfasen, under fotolys av vatten.

Under vilken fas av fotosyntesen sker ATP-syntes?

Svar

Förljusfas.

Vilket ämne fungerar som syrekälla under fotosyntesen?

Svar

Vatten (syre frigörs vid fotolys av vatten).

Hastigheten för fotosyntes beror på begränsande faktorer, inklusive ljus, koldioxidkoncentration och temperatur. Varför är dessa faktorer begränsande för fotosyntesreaktioner?

Svar

Ljus är nödvändigt för att excitera klorofyll, det ger energi för fotosyntesprocessen. Koldioxid är nödvändigt i den mörka fasen av fotosyntesen, glukos syntetiseras från den. Temperaturförändringar leder till denaturering av enzymer och fotosyntetiska reaktioner saktar ner.

I vilka metaboliska reaktioner i växter är koldioxid utgångsmaterialet för syntesen av kolhydrater?

Svar

I fotosyntesreaktioner.

Processen för fotosyntes sker intensivt i växternas löv. Förekommer det i mogna och omogna frukter? Förklara ditt svar.

Svar

Fotosyntes sker i de gröna delarna av växter i ljuset. Således sker fotosyntes i huden på gröna frukter. Fotosyntes sker inte inuti frukten eller i skalet på mogna (inte gröna) frukter.

Det är bättre att förklara ett sådant voluminöst material som fotosyntes i två parade lektioner - då går integriteten i uppfattningen av ämnet förlorad. Lektionen måste börja med historien om studiet av fotosyntes, strukturen av kloroplaster och laboratoriearbete om studiet av bladkloroplaster. Efter detta är det nödvändigt att gå vidare till studiet av fotosyntesens ljusa och mörka faser. När man förklarar reaktionerna som inträffar i dessa faser är det nödvändigt att göra ett allmänt diagram:

Som du förklarar måste du rita diagram över fotosyntesens ljusfas.

1. Absorptionen av ett ljuskvantum av en klorofyllmolekyl, som finns i grana thylakoidmembranen, leder till förlust av en elektron och överför den till ett exciterat tillstånd. Elektroner överförs längs elektrontransportkedjan, vilket resulterar i minskningen av NADP + till NADP H.

2. Platsen för de frigjorda elektronerna i klorofyllmolekyler tas av vattenmolekylernas elektroner - det är så vatten genomgår nedbrytning (fotolys) under påverkan av ljus. De resulterande hydroxylerna OH– blir radikaler och kombinerar i reaktionen 4 OH – → 2 H 2 O +O 2, vilket leder till frigöring av fritt syre i atmosfären.

3. Vätejoner H+ penetrerar inte tylakoidmembranet och ackumuleras inuti, laddar det positivt, vilket leder till en ökning av den elektriska potentialskillnaden (EPD) över tylakoidmembranet.

4. När den kritiska REF nås, rusar protoner ut genom protonkanalen. Denna ström av positivt laddade partiklar används för att producera kemisk energi med hjälp av ett speciellt enzymkomplex. De resulterande ATP-molekylerna flyttar in i stroma, där de deltar i kolfixeringsreaktioner.

5. Vätejoner som frigörs till ytan av tylakoidmembranet kombineras med elektroner och bildar atomärt väte, som används för att återställa NADP+-transportören.

Sponsor för artikeln är företagsgruppen Aris. Tillverkning, försäljning och uthyrning av ställningar (ramfasad LRSP, ram höghus A-48 etc.) och torn (PSRV "Aris", PSRV "Aris compact" och "Aris-dacha", plattformar). Klämmor för byggnadsställningar, byggstängsel, hjulstöd för torn. Du kan ta reda på mer om företaget, se produktkatalogen och priser, kontakter på webbplatsen, som finns på: http://www.scaffolder.ru/.

Efter att ha övervägt denna fråga och analyserat den igen enligt diagrammet, uppmanar vi eleverna att fylla i tabellen.

Tabell. Reaktioner av ljusa och mörka faser av fotosyntes

Efter att ha fyllt i den första delen av tabellen kan du gå vidare till analysen mörk fas av fotosyntesen.

I kloroplastens stroma är pentoser ständigt närvarande - kolhydrater, som är femkolföreningar som bildas i Calvincykeln (koldioxidfixeringscykeln).

1. Koldioxid tillsätts till pentos, vilket bildar en instabil förening med sex kol, som bryts ner till två molekyler av 3-fosfoglycerinsyra (PGA).

2. PGA-molekyler accepterar en fosfatgrupp från ATP och berikas med energi.

3. Var och en av FHA fäster en väteatom från två bärare och förvandlas till en trios. Trioser kombineras för att bilda glukos och sedan stärkelse.

4. Triosmolekyler, som kombineras i olika kombinationer, bildar pentoser och ingår återigen i cykeln.

Total reaktion av fotosyntes:

Schema. Fotosyntesprocess

Testa

1. Fotosyntes sker i organeller:

a) mitokondrier;
b) ribosomer;
c) kloroplaster;
d) kromoplaster.

2. Klorofyllpigmentet är koncentrerat i:

a) kloroplastmembran;
b) stroma;
c) spannmål.

3. Klorofyll absorberar ljus i spektrumområdet:

a) röd;
b) grön;
c) lila;
d) i hela regionen.

4. Fritt syre under fotosyntesen frigörs under nedbrytningen av:

a) koldioxid;
b) ATP;
c) NADP;
d) vatten.

5. Fritt syre bildas i:

a) mörk fas;
b) lätt fas.

6. I ljusfasen av fotosyntesen, ATP:

a) syntetiserad;
b) splittringar.

7. I kloroplasten bildas den primära kolhydraten i:

a) lätt fas;
b) mörk fas.

8. NADP i kloroplasten är nödvändig:

1) som en fälla för elektroner;
2) som ett enzym för bildning av stärkelse;
3) som en integrerad del av kloroplastmembranet;
4) som ett enzym för fotolys av vatten.

9. Fotolys av vatten är:

1) ansamling av vatten under påverkan av ljus;
2) dissociation av vatten till joner under påverkan av ljus;
3) utsläpp av vattenånga genom stomata;
4) injektion av vatten i bladen under påverkan av ljus.

10. Under påverkan av ljuskvanta:

1) klorofyll omvandlas till NADP;
2) en elektron lämnar klorofyllmolekylen;
3) kloroplasten ökar i volym;
4) klorofyll omvandlas till ATP.

LITTERATUR

Bogdanova T.P., Solodova E.A. Biologi. Handbok för gymnasieelever och sökande till universitet. – M.: LLC "AST-Press School", 2007.