Фотолиз воды происходит: Фотолиз воды при фотосинтезе

Содержание

что это такое, какие факторы способны вызвать, что участвует в реакции, формула


Содержание:


  • Что такое фотодиссоциация или фотолиз воды


  • Последовательность фотосинтеза воды


    • Световая фаза фотосинтеза


    • Темновая фаза фотосинтеза


  • Химические основы фотолиза воды


    • Что участвует в реакции, формула


  • Что выделяется при фотолизе


Содержание


  • Что такое фотодиссоциация или фотолиз воды


  • Последовательность фотосинтеза воды


    • Световая фаза фотосинтеза


    • Темновая фаза фотосинтеза


  • Химические основы фотолиза воды


    • Что участвует в реакции, формула


  • Что выделяется при фотолизе



Что такое фотодиссоциация или фотолиз воды

Определение

Фотолиз воды — распад водных молекул из-за воздействия солнечного света (фотонов) при фотосинтезе.

Он является частью процесса фотосинтеза в растениях и способствует выделению большого количества кислорода в атмосферу.

Фотодиссоциация может протекать и вне видимого света, если фотон обладает достаточной энергией (выше солнечной — ультрафиолетовые лучи, рентгеновские или гамма-лучи).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Фотолиз возникает из-за воздействия светового фотона на воду.

Последовательность фотосинтеза воды

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Фотолиз осуществляется в рамках световой фазы.

Световая фаза фотосинтеза

В листьях растений содержатся хлоропласты, полные особых пигментов:

  1. Хлорофилл — значим только для фотосинтеза. Его содержится огромное количество (около 400 молекул).

  2. Каротиноиды — поглощают коротковолновой солнечный свет, передают хлорофиллу энергию, защищают его от окисления кислородом, который выделяется при фотосинтезе.

Примечание

На количество хлорофилла влияет концентрация тяжелых металлов (например, меди, цинка, марганца) и количество углерода в листьях растений.

Фотолиз происходит только в 1% молекул хлорофилла. Все другие собирают свет, объединяясь и становясь антенными комплексами. Собирая свет, молекулы хлорофилла приходят в возбуждение. Оно передается в реакционные центры. В центрах есть две фотосистемы. В каждой из них — особые молекулы хлорофилла (в первой P680, а во второй P700). Они принимают световые кванты конкретной длины — 680 и 700 нм. При этом каждая система выделяет один электрон на более высокий уровень.

Первая фотосистема способствует восстановлению количества электронов при посредстве переносчиков из второй системы. А вторая система забирает у воды электрон, тем самым давая начало ее фотолизу (распаду\расщеплению) на ионы водорода и кислород. Кислорода выделяется очень много. Он является побочным продуктом, высвобождается в атмосферу. Водород остается и накапливается в мембране, чтобы продолжить участвовать в дальнейших реакциях уже в темновой фазе.

Основные этапы фотосинтеза воды:

  1. На хлорофилл действует фотон света. Хлорофилл начинает выделять электроны. Те из них, которые заряжены отрицательно, собираются на мембране. Электроны в хлорофилле заканчиваются. Световой квант воздействует дальше — на воду, что вызывает собственно фотолиз, то есть распад молекул воды.

  2. Протоны водорода (заряжены положительно) тоже скапливаются на мембране. Между ними и отрицательными электронами зажимается тилакоид («мешочек» с мембраной в хлоропласте). Начинается производство кислорода (гидроксильными ионами).

  3. Затем специальная группа ферментов аденозинтрисфосфатсинтаза (АТФ-синтаза) доставляет протоны в ткани, где их подхватывает еще одна особая группа, которая специально предназначена для работы в углеводных реакциях — никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ).



 

Темновая фаза фотосинтеза

Она проходит после фотолиза и уже без участия света. В этот период восстанавливается глюкоза (благодаря растворенному в воде углекислому газу, НАДФ и АТФ) — цикл Кальвина (процесс открыл ученый по фамилии Кальвин).

Здесь участвует запасенная в предыдущей фазе энергия.

Место проведения реакций темновой фазы — строма хлоропластов. Углерод поступает туда через устьица.

Примечание

Фотолиз, проходящий в световой фазе, готовит все необходимые вещества для будущей реализации темновой фазы.

Избыток глюкозы при его возникновении будет отложен в виде крахмала (запасное питательное вещество для всего растения).

Также на этом этапе образуются нуклеотиды, спирты, аминокислоты.



 

Химические основы фотолиза воды

Хлорофилл своим химическим составом напоминает гемоглобин крови. Это обусловлено наличием порфиринового кольца с магнием в центре.

Фотосинтез с химической точки зрения — это процесс восстановления углерода с помощью энергии солнца. В животных организмах она появляется вследствие метаболизма углеводов (их животные получают с растительной пищей). Углеводы проходят через окисление.

По степени способности к гидролизу углеводы делят на несколько групп:

  • моносахариды;

  • олигосахариды;

  • полисахариды. 

В результате второй фазы фотосинтеза образуется моносахарид — глюкоза и полисахарид — крахмал.

Что участвует в реакции, формула

В реакции участвует вода и электрон.

\(2H_2O=4H+4e_-+O_2\)

Электроны (e) пополняют затраченный при фотосинтезе запас хлорофилла.

Побочным продуктом данной реакции выступает кислород (\(O_2\)).



 

Что выделяется при фотолизе

Выделяется большое количество свободного кислорода в атмосферу. А также ионы водорода, которые накапливаются в избытке на мембране, создавая световые запасы для темновой фазы фотосинтеза.

Именно благодаря реакции фотолиза воды может образовывать много кислорода, который дает возможность жить всему живому на земле.


Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 3.50 (Голосов: 4)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Фотолиз воды, механизм фотолиза, локализация в мембране и связь с этц.

Первый
этап фотосинтеза — это расщепление
воды под воздействием света. Эта реакция
поставляет электроны для фотосинтетических
электронтранспортных цепей, а также
протоны для создания протонного
градиента. Реакция расщепления воды
происходит на стороне тилакоидной
мембраны, обращённой к люмену(Просвет
тилакоида (люмен) — это компартмент,
ограниченный тилакоидной мембраной.
Он играет существенную роль
вфотофосфорилировании в
процессе фотосинтеза.
Во время протекания светозависимых
реакций протоны накачиваются
через мембрану тилакоида в его
люмен. pH просвета
при этом может снижаться до 4.), и происходит
с затратами энергии, полученной
фотосистемами от солнечного света.
Интересно отметить, что это окисление
(расщепление) воды происходит с выделением
O2как побочного продукта, который
сбрасывается в атмосферу и затем может
быть использован другими организмами
для дыхания.

Многочисленные исследования показали,
что источником электронов в фотосистеме
Iявляется вода. Расщепление
молекулы воды фотолиз происходит
благодаря энергии света, катализирует
этот процесс марганецсодержащий
ферментный комплекс. При этом возникают
электроны (е-), протоны (Н+) и в качестве
побочного продукта кислород, который
выделяется в атмосферу нашей планеты.
Это тот кислород ,
которым мы дышим и который необходим
всем аэробным организмам. Уравнение,
изображающее фотолиз воды, выглядит
так:

hv

2Н20=4Н+
4е- +02

  1. Хлорофиллы, классификация, химическое строение, оптические свойства, монтировка хлорофилла в пигмент-белковом комплексе.

ХЛОРОФИ́ЛЛ,
(от греческого chloros — зеленый и phyllon —
лист), зеленый пигмент растений, с помощью
которого они улавливают энергию
солнечного света и осуществляют
фотосинтез. В высших растениях и
водорослях хлорофилл локализован в
особых клеточных структурах — хлоропластaх и
связан с белками илипидами этих
структур. Хлоропласты высших растений
и зеленых водорослей содержат два типа
хлорофиллов, близких по структуре
молекул, — хлорофиллы a и b. Другие
фотосинтезирующие водоросли и
фотосинтезирующие бактерии имеют иной
набор пигментов. Например, бурые и
диатомовые водоросли, криптомонады и
динофлагелляты содержат хлорофиллы a
и c, красные водоросли — хлорофиллы а и
d. 

химические
свойства

Mолекулярный
вес хлорофилла a 893,52. В изолированном
состоянии хлорофилл образует черно-голубые
микрокристаллы, которые плавятся с
образованием жидкости при 117-120°С.
Хлорофиллы представляют собой
производные пятичленного гетероцикла
пиррола. В молекуле хлорофилла имеется
четыре пиррольных кольца, соединенных
друг с другом в α-положении с помощью
радикалов –СН=. В результате этого
образуется порфириновое кольцо с
сопряженными двойными связями. В центре
порфиринового кольца имеется атом
магния. Хлорофиллы являются
Mg-порфиринами. Различные виды хлорофилла
отличаются природой заместителей при
β-атомах углерода в пиррольных кольцах
порфиринов. По своей химической природе
хлорофилл является сложным эфиром
хлорофиллиновой кислоты и двух спиртов:
метилового (СН3ОН) и фитолового (С20Н39ОН).

В хлоропластах хлорофилл
и другие пигменты, погруженные
в тилакоиды ,
собраны в функциональные единицы (по
250-400 молекул), называемые фотосистемами.
Большая часть молекул хлорофилла
(антенные пигменты) поглощает энергию
света, что сопровождается их возбуждением,
т.е. запасанием энергии внутри молекул,
которая передается реакционным центрам
фотосистемы. Меньшая часть молекул
включена в состав этих реакционных
центров и непосредственно участвует в
фотохимических реакциях.

суммарные
формулы хлорофилла «а» и «в» (Р. Вильштеттер
и А. Штоль): Хлорофилл «а» – С55Н72N4O5 Mg;
Хлорофилл «в» – С55Н70N4O6 Mg.

Физические свойства

Гидрофильные
особенности хлорофилла связаны с его
азотсодержащим порфириновым ядром –
«головкой» молекулы. Длинная углеводородная
цепь (фитоловый «хвост»), присоединенная
к порфириновой части молекулы, придает
хлорофиллу и гидрофобные особенности.
Способность фитола растворяться в жирах
имеет важное значение для сохранения
структуры хлоропластов.Хлорофиллы хорошо
растворимы в спирте, бензине, ацетоне
и нерастворимы в воде.

Биосинтез

Биосинтез
хлорофилла осуществляется в полиферментных
комплексах (так называемых центрах
биосинтеза), локализованных, вероятно,
в строме хлоропластов. Основной путь
биосинтеза хлорофилла определяется
конденсацией двух молекул 5-аминолевулиновой
кислоты с образованием порфириногена
— производного пиррола, который в
результате ряда ферментативных
превращений дает соединение, содержащее
порфириновое ядро — протопорфирин IX.
Из протопорфирина образуется содержащий
атом магния протохлорофиллид, являющийся
непосредственным предшественником
хлорофилла. Путем последующих реакций
восстановления и присоединения фитола
из протохлорофиллида образуется
хлорофилл. Стадия восстановления
предшественника осуществляется у высших
растений на свету, причем включает две
последовательные фотохимические
реакции, у низших растений — в темноте.
Показано, что существуют два параллельных
пути биосинтеза хлорофилла, приводящие
к образованию моновинил- и дивинилхлорофиллов
a.

Хлорофиллы
– поглощают свет в синей (439-450 нм) и в
красной частях спектра (640-683 нм) и отражают
спектр в зелёной его части. При поглощении
кванта света пигменты возбуждаются,
при этом каждый квант активирует только
одну молекулу хлорофилла, которая
переходит в короткоживущее возбуждённое
состояние, выделяет энергию и вновь
переходит в основное состояние.

Хлорофилл
поглощает энергию света, перносит её
на субстраты, которые сами без него
поглощать световую энергию не могут.

Хлорофиллы выполняют
важную функцию в процессе фотосинтеза,
их относят к основным фотосинтетическим
пигментам. Они поглощают необходимую
для фотосинтеза световую энергию в
видимой области спектра (сине-фиолетовой
и красной), работают в реакционных
центрах фотосистем (хлорофилл «а») и
светособирающих комплексах (хлорофилл
«а» и «в»), участвуют в миграции энергии
в ходе фотосинтеза. Кроме
этого, хлорофиллы участвуют в
фотоокислении воды, являются компонентами
электрон-транспортной цепи фотосинтеза.

Фотосинтез — Фотолиз и фиксация углерода

Учебные пособия по биологии > Биология клетки > Фотосинтез — Фотолиз и фиксация углерода

Процесс фотосинтеза

Содержание

Фотосинтез — это средство, с помощью которого первичные продуценты (в основном растения) могут получать энергию с помощью света энергия. Энергия, полученная ОТ света, может быть использована в различных процессах, упомянутых ниже, для создания энергии, необходимой растению для выживания и роста.

Фотосинтез – это процесс восстановления, при котором водород восстанавливается коферментом. В отличие от дыхания, при котором глюкоза окисляется.

Процесс разделен НА две РАЗЛИЧНЫЕ области: фотолиз  (фотохимическая стадия) и цикл Кальвина (термохимическая стадия). На приведенной ниже диаграмме дается краткое описание реакции, в которой энергия света используется для инициирования реакции в ее присутствии;

CO 2  + H 2 O > глюкоза + кислород

Фотолиз

Эта часть фотосинтеза происходит в гранах a хлоропласта, где свет поглощается хлорофиллом; тип фотосинтетического пигмента, который преобразует свет в химическую энергию. Он вступает в реакцию с водой (H 2 O) и разделяет молекулы кислорода и водорода.

При этом разделении воды кислород высвобождается как побочный продукт, в то время как восстановленный акцептор водорода направляется на вторую стадию фотосинтеза, цикл Кальвина.

В целом, поскольку вода окисляется (удаляется водород) и при фотолизе выделяется энергия, необходимая для цикла Кальвина

Цикл Кальвина

Эта часть процесса фотосинтеза, также известная как стадия фиксации углерода, происходит в строма хлоропластов. Углерод, полученный ОТ вдыхания углекислого газа, входит в этот цикл, который показан ниже:

Точно так же, как Цикл Кребса  в дыхании, субстрат превращается в различные углеродные соединения для производства энергии. В случае фотосинтеза происходят следующие стадии, которые создают глюкозу для дыхания ИЗ углекислого газа, вводимого В цикл;

  • Углерод ИЗ CO 2  вступает в цикл, объединяясь с рибулозобифосфатом (RuBP)
  • Образующееся соединение нестабильно и распадается ИЗ своей 6-углеродной природы на 3-углеродное соединение, называемое глицератфосфатом (ГФ)
  • Используется энергия для расщепления GP В триозофосфат, в то время как акцептор водорода восстанавливает соединение, поэтому требует энергии
  • Триозофосфат является конечным продуктом этого, 3-углеродного соединения, которое может удваиваться с образованием глюкозы, которая может использоваться в дыхании.
  • Цикл завершается, когда оставшиеся молекулы GP встречаются с акцептором углерода и затем превращаются в RuBP, который должен соединиться с молекулами углекислого газа, чтобы снова начать процесс.

Энергия, израсходованная в цикле Кальвина, — это энергия, доступная во время фотолиза. Глюкоза, полученная с помощью GP, может использоваться для дыхания или в качестве строительного материала для формирования крахмала и целлюлозы , материалов, которые обычно востребованы растениями.

Ограничивающие факторы в фотосинтезе

Некоторые факторы влияют на скорость фотосинтеза в растениях, как указано ниже

  • Температура  играет роль в влиянии на скорость фотосинтеза. Ферменты, участвующие в процессе фотосинтеза, напрямую зависят от температуры организма и его окружающей среды
  • Интенсивность света также является лимитирующим фактором , если нет солнечного света, то фотолиз воды не может происходить без необходимой световой энергии.
  • Концентрация двуокиси углерода также играет важную роль из-за запасов двуокиси углерода, необходимых на стадии цикла Кальвина.

Таким образом растение производит энергию, которая является богатым источником глюкозы для дыхания и строительным материалом для более сложных материалов. В то время как животные получают свою энергию ИЗ пищи, растения получают свою энергию ОТ солнца.

Следующее руководство исследует структуру и репликацию ДНК…

 

 

Узнайте, как светозависимый и светонезависимый циклы работают вместе, создавая глюкозу для растений. Credit: Amoeba Sisters

Викторина

Выберите букву лучшего ответа. Варианты указаны в поле ниже.

A. Фотолиз
B. Цикл Кальвина
C. Фотолиз и цикл Кальвина

1. Термохимическая стадия фотосинтеза

Фотосинтез 2 АВС

030003

ABC

3. Свет преобразуется в химическую энергию

ABC

4. Происходит в хлоропласте

ABC

5. Углеродочная фиксация

Отправить свои результаты (опционы) Имя

Отправить по электронной почте

Далее

Учебники по биологии > Клеточная биология > Фотосинтез – фотолиз и фиксация углерода

Вам также понравится…

Биология растений

Жизнь растений можно изучать на различных уровнях, от молекулярного, генетического и биохимического до уровня органелл, c. .

Доминирование

В этом учебнике представлен закон доминирования Грегора Менделя. Узнайте больше об этой форме наследования и о том, как ее можно предотвратить. Образуются гаплоидные половые клетки (гаметы)

Меристемы и рост растений

У растений рост происходит в меристемах, которые являются местом повторного клеточного деления неспециализированных клеток. Эти клетки..

Происхождение жизни

В этом уроке мы углубимся в прошлое, чтобы исследовать происхождение жизни. Разрез разбит на геологические периоды.

  • АКИРА ФУДЖИСИМА 1 и
  • КЕНИЧИ ХОНДА 2  

Природа
том 238 , страницы 37–38 (1972 г.)Процитировать эту статью

  • 114 тыс. Доступов

  • 24708 Цитаты

  • 93 Альтметрический

  • Сведения о показателях

Abstract

Хотя возможность фотолиза воды исследовалась многими исследователями, полезный метод был разработан только сейчас. Поскольку вода прозрачна для видимого света, она не может быть разложена напрямую, а только излучением с длинами волн короче 190 нм (ссылка 1).

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

  • Фотоэлектрохимическое расщепление воды с низким смещением с помощью промежуточных состояний ловушки и малых прыжков полярона

    • Хао Ву
    • , Лэй Чжан
    •  … Юнь Хау Нг

    Связь с природой
    Открытый доступ
    20 октября 2022 г.

  • Библиотека разнотипных нанокристаллов четвертичного сульфида на основе меди обеспечивает эффективное преобразование солнечного излучения в водородное.

    • Лян Ву
    • , Цянь Ван
    •  … Шу-Хун Ю

    Связь с природой
    Открытый доступ
    15 сентября 2022 г.

  • Синтез, характеристика и фотокаталитические свойства наноструктурированных композиционных пленок β-NaYF4/TiO2, легированных лантаноидами

    • Фабиана М. Пенниси
    • , Анна Л. Пеллегрино
    •  … Джанаурелио Куниберти

    Научные отчеты
    Открытый доступ
    12 августа 2022 г.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

199,00 €

всего 3,90 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

$32,00

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Ссылки

  1. Coehn, A., Ber. Немецкий. хим. Gesellschaft , 43 , 880 (1910).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  2. Фудзисима А., Хонда К. и Кикучи С., 9 лет0234 J. Chem. соц. Япония (Когё Кагаку Засси), 72 , 108 (1969).

    КАС

    Google ученый

  3. Fujishima, A. и Honda, K., J. Chem. соц. Япония , 74 , 355 (1971).

    КАС

    Google ученый

  4. Fujishima, A., and Honda, K., J. Институт промышленных наук, Университет Токио (Seisan Kenkyu) , 22 , 478 (1970).

    КАС

    Google ученый

  5. Фудзисима А., Сугияма Э. и Хонда К., Bull. хим. соц. Япония , 44 , 304 (1971).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

Ссылки для скачивания

Информация об авторе

Авторы и организации

  1. Кафедра прикладной химии, Университет Канагава, Иокогама

    Акира Фудзисима

  2. Институт промышленных наук, Университет Токио, Роппунги, Токио

    Кеничи Хонда

Авторы

  1. Akira Fujishima

    . Посмотреть авторы.
    PubMed Google Scholar

  2. KENICHI HONDA

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Академия

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эта статья цитируется

  • Регулирование поверхности наностержней TiO2, легированных анионами, путем водородного отжига для лучшего фотоэлектрохимического окисления воды

    • Jongseong Park
    • Seonyong Lee
    • Ho Won Jang

    Наноконвергенция (2022)

  • Исследование взаимосвязи между Bi2S3 с различной морфологией и его фотокаталитической производительностью по производству водорода.

    • Сяоянь Ли
    • Лан Цзюнь
    • Ханьцзюнь Цзоу

    Журнал аналитических наук и технологий (2022)

  • Низковольтный экологически чистый процесс плазменно-электролитического оксидирования титановых сплавов

    • Фэньян Хоу
    • Рукмини Горти
    • Крис Гуд

    Научные отчеты (2022)

  • Ультратонкие нанолисты NiPS3 как универсальная платформа для продвижения высокоактивного фотокаталитического производства h3

    • Цзинжунь Ран
    • Хунпин Чжан
    • Ши-Чжан Цяо

    Nature Communications (2022)

  • Использование дыр в производстве солнечного водорода

    • Мохаммад З.