Реферати » Реферати по біології » Фотосинтез - простіше простого

Фотосинтез - простіше простого

флуоресценції хлорофілу? Кванти світла падають на його молекули, що знаходяться в розчині, і викликають їх збудження. При цьому електрон молекули пігменту переходить на більш високий енергетичний рівень. В розчині, на відміну від зеленого листа, енергія порушеної електрона не витрачається на синтез органічних речовин, тому цей електрон повертається на колишній енергетичний рівень, а надлишок енергії випускається у вигляді квантів червоного світла. Видиме світло, як відомо, складається з різних променів: фіолетових, синіх, блакитних, зелених, жовтих, оранжевих, червоних. Їх забарвлення залежить від довжини хвилі, яка збільшується в напрямку від синіх до червоних променів сонячного спектра. А ось величина квантів і їх енергетичний потенціал змінюються при цьому в протилежному напрямку: кванти синіх променів значно багатшими енергією, ніж кванти червоних. Коли світло падає на молекули хлорофілу, частина енергії квантів розсіюється у вигляді тепла, тому відбиті кванти несуть менший запас енергії, а довжина хвилі світла збільшується, зміщуючись в бік довжини хвилі червоних променів. Ось чому ми бачимо червоне свічення при висвітленні хлорофілу білим світлом, тобто сукупністю різних променів сонячного спектра.

Цікаво у зв'язку з цим відзначити, що на прекрасних фресках геніального Андрія Рубльова ми часто бачимо поєднання зеленого з червоним: в складках зеленої одягу як би ховаються червоні відсвіти.

Якщо ви маєте спектроскоп - нескладний шкільний прилад, в якому за допомогою призми видиме світло розкладається на складові компоненти, - то можна вивчити спектр поглинання хлорофілу. Прикладіть пробірку з розчином хлорофілу до щілини спектроскопа і загляньте в окуляр, ви побачите потужну темну смугу поглинання в червоній частині спектра і менш виражену у синій. Отже, хлорофіл поглинає червоні і сині промені спектру. А от зелені, безперешкодно проходячи через його розчин, повідомляють йому своє забарвлення.

Чому залежить зелене забарвлення пігменту? Додамо в пробірку з витяжкою хлорофілу кілька крапель слабкою соляної кислоти. Негайно ж забарвлення зміниться на оливково-буру. Що при цьому відбулося з хлорофілом?

Вже давно встановлено, що його молекула містить атом магнію. При взаємодії з соляною кислотою він витісняється з неї атомами водню соляної кислоти. Можна припустити, що наявність атома магнію і визначає зелене забарвлення пігменту.

Тепер в ту ж пробірку додамо невелику кількість ацетату міді або ацетату цинку і подогреем вміст пробірки на спиртівці. Ледве рідина закипить, забарвлення розчину різко зміниться - замість оливково-бурою вона знову стане смарагдово-зеленою. Що ж при цьому відбулося? В молекулі хлорофілу на місце атома магнію при взаємодії з соляною кислотою встав водень.
В свою чергу, атоми водню при додаванні ацетату міді або ацетату цинку і нагріванні витісняються атомами міді або цинку. Відбувається відновлення металоорганічних зв'язку. Отже, зелене забарвлення хлорофілу визначається наявністю в ньому атома металу незалежно від того, чи буде це магній, мідь або цинк.

Червоний колір - символ творення

Якщо сонячний спектр, який ми спостерігаємо в спектроскопії, спроектувати на екран, то можна вивчати швидкість фотосинтезу в різних променях - синіх, жовтих, зелених, червоних.

Вперше інтенсивність фотосинтезу в різних променях спектра досліджував фізик В. Добени. У 1836 році він зробив дуже важливе відкриття: зелений лист може здійснювати фотосинтез в окремих променях спектра, причому в залежності від характеру променів він йде з неоднаковою швидкістю. Але ось на питання, в яких саме променях спектра фотосинтез протікає найбільш інтенсивно, В. Добени відповів неправильно. І виною тому методичні похибки при проведенні експерименту. По-перше, вчений отримував ті чи інші промені, пропускаючи сонячне світло через кольорові скла або пофарбовані розчини. По-друге, він застосовував дуже примітивний метод обліку інтенсивності фотосинтезу. Вчений помістив відрізок втечі водного рослини Елоді в пробірку з водою зрізом вгору і вважав, скільки бульбашок кисню відривається з поверхні зрізу за одиницю часу. Добени дійшов висновку, що інтенсивність фотосинтезу пропорційна яскравості світла, а найбільш яскравими променями в той час вважалися жовті. Цієї ж точки зору дотримувалися Джон Дрепер (1811-1882) і фізіологи рослин Ю. Сакс і В.
Пфеффер. У 1846 році Дрепер вивчав інтенсивність фотосинтезу в різних променях спектра, що випускаються спектроскопом, і прийшов до того ж висновку, що і Добени.

Між тим твердження суперечило закону збереження енергії. Адже жовті промені, як ми вже знаємо, незначно поглинаються хлорофілом. Чи можуть вони бути головною рушійною силою процесу фотосинтезу?

Така була обстановка в області вивчення фотосинтезу, коли до досліджень у цій області приступив К. А. Тімірязєв. Будучи послідовним матеріалістом, він стверджував, що яскравість променів залежить від суб'єктивного сприйняття світла оком (сині промені здаються нам неяскравими, а жовті навпаки) і тому не може визначати інтенсивність засвоєння вуглекислого газу зеленими рослинами. Найбільш діяльними в процесі фотосинтезу можуть бути тільки ті промені, які поглинаються хлорофілом.
Головною причиною помилки Дрепера він вважав недостатню чистоту окремих ділянок спектра, що виникла через широко відкритою щілини спектроскопа.
Збільшувати ж щілину спектроскопа доводилося для посилення інтенсивності світлового потоку, інакше фотосинтез за допомогою примітивних методів не виявлявся. Для того щоб мати можливість працювати з вузькою щілиною спектроскопа, необхідно було створити принципово нові, значно чутливіші методи обліку швидкості цього процесу.
Сконструйовані К. А. Тімірязєвим прилади дозволяли різко підвищити точність досліджень. У вісімдесятих роках минулого сторіччя хімік П'єр
Ежен Марсель Вертіло говорив К. А. Тімірязєва, що кожного разу він привозить в
Париж новий метод аналізу газів, у тисячу разів більш вдосконалений. За допомогою цієї апаратури К. А. Тімірязєв ??переконливо показав, що найбільш активно фотосинтез йде в червоних променях спектра, які, як вже зазначалося, інтенсивніше інших поглинаються хлорофілом. У напрямку до зеленої частини спектра інтенсивність фотосинтезу слабшає. В зелених променях вона мінімальна. І це цілком зрозуміло: адже вони хлорофілом майже не поглинаються. В синьо-фіолетової частини спостерігається новий підйом інтенсивності фотосинтезу. Таким чином, Тімірязєв ??встановив, що максимум засвоєння листом вуглекислого газу збігається з максимумом поглинання світла хлорофілом. Іншими словами, він вперше експериментально довів, що закон збереження енергії справедливий і по відношенню до фотосинтезу. Зелений колір рослин аж ніяк не випадковий. В процесі еволюції вони пристосувалися до поглинання саме тих променів сонячного спектра, енергія яких найбільш повно використовується в ході фотосинтезу.

Сучасна наука підтвердила правильність поглядів К. А. Тімірязєва щодо виняткової важливості для фотосинтезу саме червоних променів сонячного спектра. Виявилося, що коефіцієнт використання червоного світла в ході фотосинтезу вище, ніж синіх променів, які також поглинаються хлорофілом.

Червоні промені, за поданнями К. А. Тімірязєва, грають основоположну роль в процесі світобудови і творення життя. В статье-притчі «Червоний прапор» , написаної ним у червні 1917 року, читаємо: «Якщо червоний колір є фактичним ознакою, вираженням працездатності світла в творчому процесі творення життя, то чи не слід визнати його найбільш відповідною емблемою, виразом працездатності світла знання, світла науки? » . Цікаво у зв'язку з цим відзначити, що в державі древніх інків
Тауантинсуйю червоний колір шанувався священним.

Про що розповіли мічені атоми!

Американський вчений Мелвін Кальвін для вивчення темнових реакцій фотосинтезу, пов'язаних з фіксацією і перетворенням вуглекислого газу, широко використовував метод мічених атомів.

Речовини, що мають радіоактивну мітку, за хімічними властивостями практично не відрізняються від звичайних. Однак наявність радіоактивного атома дозволяє простежити за долею молекули, її перетвореннями в інші сполуки, адже випромінювання, що випускається міткою в ході розпаду, може бути легко виміряна за допомогою приладів. М. Кальвін при вивченні реакцій фотосинтезу використав також метод хроматографічного розділення суміші сполук. Якщо краплю розчину, що містить суміш різних молекул, нанести на хроматографічний папір, а кінець її помістити у відповідний розчинник, то речовини прийдуть в рух і кожне займе особливу зону на хроматограмме. За допомогою приладів легко можна знайти місця розташування радіоактивних сполук, перевести їх в розчин і визначити хімічну природу. За допомогою цього методу вдалося з'ясувати, які речовини і в якій послідовності утворюються в зеленому листі на світлі після введення міченого вуглекислого газу.

М. Кальвін обрав в якості об'єкта дослідження зелену водорість хлорелу. Після короткочасного освітлення в присутності радіоактивного вуглекислого газу її швидко вбивали (фіксували) гарячим спиртом, щоб призупинити протікають в ній реакції. Потім спиртову витяжку концентрували, поділяли на хроматограмме і проводили аналіз на вміст різних радіоактивних сполук.

Досить п'яти секунд перебування в атмосфері вуглекислого газу, щоб мічений вуглець цього з'єднання опинявся в трехуглеродном органічній речовині під назвою фосфогліцеріновая кислота. Як воно утворилося?
Кальвін припустив, що вуглекислий газ приєднується до якомусь пятиуглеродного з'єднанню. В результаті виникає шестіуглеродний сполука, яка з причини своєї нестійкості на хроматограмах не виявляється. Воно, ледь виникнувши, негайно ж розпадається на дві молекули фосфоглицериновой кислоти.

Припущення М. Кальвіна підтвердилося - вуглекислий газ дійсно приєднується до пятиуглеродного речовині під назвою рібулезодіфосфат.

Роботи М Кальвіна щодо з'ясування сутності темпових реакцій фотосинтезу - найбільше досягнення сучасної фізіології рослин. У 1961 році він був удостоєний Нобелівської премії.

Зелена електростанція

Існує ще

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар