Фотосинтез и его биологическая роль.

Фотосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических, идущий за счёт энергии солнечного излучения. Фотосинтез это сложный процесс. Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

Суммарное уравнение реакции фотосинтеза: 

6СО₂+ 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆+ 6О₂

Фазы фотосинтеза, их характеристика.

Осуществляется организмами, клетки которых содержат специальные фотосинтезирующие пигменты(растения, бурые и диатомовые водоросли и др.). Центральная роль в нём принадлежит пигменту хлорофиллу, находящемуся в специальных органоидах растительных клеток– хлоропластах. Хлорофилл– органическое вещество, которое преобразует энергию солнечного света в энергию химических связей. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает образование кислорода, наличие которого в атмосфере является необходимым для всех аэробных форм жизни.

Фотосинтез включает две фазы: световую и темновую.

Световая фаза. Начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Фотон света попав в молекулу хлорофилла приводит её в возбуждённое состояние. Энергия солнечного излучения инициирует три процесса:

1. Образование молекулярного кислорода в результате разложения воды;

2. Синтез АТФ (фотофосфорилирование);

3. Образование атомарного водорода.

4. Востановление НАДФ⁺ в НАДФН.

В результате данной фазы происходит образование О₂.

Темновая фаза (цикл Кальвина). В строму хлоропласта поступают из световой фазы НАДФН, АТФ и из атмосферы СО₂, протекает Цикл Кельвина, в результате синтезируется глюкоза.

Биологическая роль белков, липидов, полисахаридов и воды в обмене веществ и энергии.

Белки - высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 20 видов L-аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи. Для обеспечения жизнедеятельности клетки исключительно важное значение имеет каталитическая, или ферментативная, роль белков. Биологические катализаторы, или ферменты – это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в десятки и сотни тысяч раз. Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, кислорода) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела.

Белки служат также источником энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.

Жиры - органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот (триглицериды); относятся к липидам. Один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов. Источник энергии в организме; при расщеплении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж энергии.

Углеводы – обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(H2O)n. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом.

Вода – среда жизненных процессов, «универсальный растворитель». В целом концентрация воды в клетках прямо пропорциональна интенсивности обмена веществ.

1.5. Тема: "Закономерности существования клеток во времени"

Жизненный цикл клетки: определение и периодизация.

Клеточный цикл – это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Жизненный (клеточный) цикл включает: митотический цикл; период выполнения клеткой специальных функций; период покоя.

Типы клеточной пролиферации.

Митотический (пролиферативный) цикл – комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологических событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. В митотическом цикле выделяют два периода: интерфаза и собственно митоз (М). Интерфаза подразделяется на пресинтетический (G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2) периоды. Собственно митоз включает четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Пролиферации:

Физиологическая – естественное восстановление клеток и тканей в онтогенезе. Например, смена эритроцитов, кожного эпителия.

Репаративная– восстановление после повреждения или гибели клеток и тканей.

Патологическая– разрастание тканей не идентичных здоровым тканям. Например, разрастание рубцовой ткани на месте ожога, хряща - на месте перелома, размножение клеток соединительной ткани - на месте мышечной ткани сердца, раковая опухоль.

Периодизация митотического цикла и его протяжённость во времени.

 Периодизация митотического цикла:

а) репродуктивная фаза (интерфаза):

 - пресинтетический (G1) период;

 - синтетический (S) период;

 - постсинтетический (G2) период;

б) разделительная фаза (митоз):

 - профаза;

 - метафаза;

 - анафаза;

 - телофаза.

Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов.

Интерфаза, её периоды и процессы, происходящие в них.

 Периодизация интерфазы:

 - пресинтетический (G1) период – завершаются процессы телофазы предыдущего деления (восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка), из цитоплазмы в ядро поступает значительное количество белка, а в цитоплазме интенсифицируется его синтез, что способствует набору массы клетки; если дочерней клетке предстоит вступить в следующий митотический цикл, синтез приобретает направленный характер, осуществляя подготовку клетки к следующему периоды интерфазы;

 - синтетический (S) период – происходит удвоение количества наследственного материала клетки, интенсивно образуются ДНК и белок, а количество гистонов удваивается;

 - постсинтетический (G2) период – происходит интенсивный синтез РНК и особенно белка, завершается удвоение массы цитоплазмы по сравнению с началом интерфазы, происходит удвоение центриолей клеточного центра.