Биофизика фотосинтеза: физическая и физико-химическая стадии, квантовый выход КПД

1. Биофизика фотосинтеза: физическая и физико-химическая стадии,квантовый выход КПД

2.

Фотосинтез– это весь комплекс процессов
ассимиляции фотонов и химических
субстратов в растительном организме,
которые приводят к его росту и развитию.
Кроме этого, в фотосинтез входят: процессы
синтеза пигментов, обеспечивающих
поглощение фотонов и первичные
фотохимические реакции; синтез
соединений, отвечающих за формирование
органов растительного организма и его
приспособление к условиям окружающей
среды.

3. Структурная основа для фотосинтетических процессов

Фотосинтетические процессы в листьях
локализованы в специальных органеллах,
называемых хлоропластами. Хлоропласты
состоят из:
-граны
-тиллакоиды
-ламеллы

4.

5. Физико-химическая основа фотосинтеза

1. Фотолиз
2. Восстановление
Основным уравнением фотосинтеза в высших
растениях является
6CO2 + 6H2O + Nhν = 6O2 + C6H12O6 + ∆G
Отдельные этапы:
1. 6CO2+12H2O*+48hν+12НАДФ+18АДФ+18Ф →
6CO2+ 12НАДФН2+ 18АТФ + 6 O*2 →
2. → C6H12O6 + 6 O*2 + 6H2O + 12НАДФ +18АДФ +18Ф

6.

7. Хлорофилл

имеет гидрофобную часть и
гидрофильную. То есть хлорофилл
обладает амфотерными свойствами,
которые способствуют самосборке
агрегатов хлорофилла на границе липидвода и на поверхности белков, где
чередуются гидрофильные и гидрофобные
участки. Структура центральной части
хлорофилла аналогична гему железа в
молекуле гемоглобина или цитохромах и
обеспечивает поглощение света в
видимом диапазоне

8. Строение

9.

10. Основными этапами преобразования энергии включают в себя следующие процессы:

1.
Поглощение энергии света пигментами
светособирающей антенны;
2. Перенос энергии возбуждения к
фотореакционному центру;
3. Окисление фотореакционного центра и
стабилизация разделенных зарядов;
4. Перенос электрона по цепи электронного
транспорта, образование НАДФ•Н;
5. Трансмембранный перенос протонов;
6. Синтез АТФ.

11.

По вертикальной оси – скорость ассимиляции
углекислоты ,V
по горизонтальной оси – освещенность листа, L

12.

Количество кислорода, выделяемого
на одну вспышку. N – номер вспышки

13. Одноквантовые схемы первичных стадий в фотосинтезе некоторых бактерий

. У серных бактерий всего одна фотосистема:
электроны забираются из H2S и восстанавливают
НАДФН с последующим образованием сахаров, то
есть цикл переноса электронов не замкнут. Такие
бактерии не выделяют кислород.

14. Квантовый выход фотохимической реакции jх

показывает, какая часть молекул, поглотивших фотоны,
вступила в фотохимическую реакцию (число
прореагировавших молекул): jx = (N/Nn)100%, где N –
число молекул, которые после поглощения фотона
вступили в фотохимическую реакцию; Nn – общее число
молекул, поглотивших фотоны.
Абсолютное значение максимального квантового выхода
характеризует число квантов, необходимых для
выделения одной молекулы О2

15. КПД фотосинтеза и способы его повышения

КПД фотосинтеза – характеризует процент запасания
энергии в продуктах фотосинтеза
Пути повышения кпд фотосинтеза:
1)Регулирование экологических факторов
2) Создание посевов с оптимальными параметрами для
фотосинтеза
3) Продление периода активной вегетации растений
путем высадки рассадой, проращенными клубнями,
ранними сроками сева.
4) Внедрение принципиально новых видов посевов, в
которых продуктивность растений возрастает в 1,5-2
раза за счет более высокой фотосинтетической
деятельности