«Бескислородный» фотосинтез.

Пурпурные серные бактерии, относящиеся к группе фототрофных бактерий, в качестве источника водорода используют не воду, а соединения серы (H2S), а также молекулярный водород и некоторые органические соединения. В цитоплазме этих бактерий, вблизи от плазматической мембраны, расположены стопки мембран, в которых находится светопоглощающий пигмент — бактериохлорофилл. Суммарное уравнение фотосинтеза у пурпурных серных бактерий выглядит следующим образом:

Как видно, в результате этой реакции не происходит расщепление воды фотонами (она просто не используется) и не образуется кислород, как при фотосинтезе зеленых растений. Бактериохлорофилл является только частью сложнейшего фотосинтетического реакционного комплекса, встроенного в мембрану бактериальной клетки. Максимум поглощения этого фотореакционного центра лежит в красной части спектра (длина волны 870 нм), поэтому он получил название Р870. В результате активации комплекса светом происходит последовательный перенос ионов водорода и электронов по дыхательной цепи и формирование протонного потенциала на наружной поверхности мембраны бактерии. Перенос протонов обратно в цитоплазму клетки через АТФ-синтетазу приводит к синтезу молекул АТФ.

Важным свойством фототрофных бактерий является их способность усваивать атмосферный азот и переводить его в аммоний, который может быть усвоен другими живыми организмами.

Как полагают ученые, фототрофные анаэробные бактерии появились более 3 млрд лет тому назад. Они осуществляли бескислородный фотосинтез. На каком-то этапе своей эволюции они приобрели способность разлагать воду на свету (фотолиз), в результате чего возникли первые аэробные фототрофы — цианобактерии и в атмосфере Земли появился кислород. В дальнейшем от цианобактерий произошли первые водоросли и впоследствии зеленые растения (подробнее об эволюции про- и эукариот см. гл. 7).

Фотосинтез относится к реакциям пластического обмена, поскольку в процессе его происходит синтез новых органических молекул из воды, углекислого газа или других неорганических и органических соединений. Но одновременно при фотосинтезе идет процесс запасания энергии солнца в виде молекул АТФ, что является элементом энергетического обмена клетки. Поэтому фотосинтез является своего рода уникальной системой биохимических реакций клетки, совмещающей процессы двух типов.

Значение фотосинтеза в эволюции Земли колоссально.

Во-первых, именно благодаря фотосинтезу на Земле существует кислород и производится большая часть органического вещества. Остатки древних растений и животных сформировали все ископаемые виды топлива (газ, нефть, уголь).

Во-вторых, появление кислорода привело к резким изменениям в атмосфере. Соединения серы, азота, марганца были окислены и выведены из атмосферы. В несколько десятков раз снизилась концентрация углекислого газа. Появилась дополнительная защита от жесткого излучения солнца в виде озонового слоя.

В-третьих, насыщение атмосферы и воды морей и океанов кислородом привело к вымиранию одних групп животных и появлению совершенно новых организмов, использующих кислород (аэробов), чей энергетический обмен стал в несколько раз более эффективен, чем у анаэробов.

Мы кратко рассмотрели основные части пластического обмена. Можно сделать ряд общих выводов:

  • 1) реакции пластического обмена тесно связаны с реакциями энергетического обмена, поскольку для их протекания требуется огромное количество энергии;
  • 2) пластический обмен идет под контролем большого количества специальных белков — ферментов и гормонов;
  • 3) часть соединений клетка самостоятельно синтезировать не может (незаменимые аминокислоты, незаменимые жирные кислоты), поэтому важнейшее значение имеет сбалансированное питание;
  • 4) различные внутренние нарушения, а также факторы внешней среды (излучения, токсины, химические вещества, высокая температура и др.) могут серьезно нарушить или даже заблокировать синтез важнейших соединений в клетке, что в итоге приведет к ее гибели. В связи с этим огромное значение для здоровья человека имеют условия, в которых он живет, его образ жизни, правильное питание, отказ от вредных привычек и пристрастий.

По своей сути фотосинтез должен быть отнесен к реакциям пластического обмена, поскольку происходит синтез новых органических молекул из воды, углекислого газа или других неорганических и органических соединений. Но одновременно при фотосинтезе идет процесс запасания энергии Солнца в виде молекул АТФ, что является элементом энергетического обмена клетки. Поэтому фотосинтез является своего рода уникальной системой биохимических реакций клетки, совмещающей в одном месте реакции энергетического и пластического обменов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >