3.Основные классы веществ в биосфере. Живое вещество и его биогеохимические функции.

Биосфера – не только область жизни, но ее особенность заключается в наличии семи классов веществ:

1. Живое вещество – совокупность всех существующих в данный момент живых организмов планеты, непрерывно умирающих и умирающих, обладающие биогеохимической энергией и связанных с другим веществом биосферы только биогенной миграцией атомов.

2. Биогенные вещества, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами, обладающие мощной потенциальной энергией (каменный уголь, горючие газы, торф, известняк, нефть).

3. Костное (неживое) вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует. Это твердой, жидкое или газообразное вещество, причем газообразное и жидкое – носители свободной энергии на поверхности биосферы.

4. Биокостное вещество – неживое вещество, преобразованное животными организмами и представляющее собой динамически равновесные системы тех и других. Таковые океанические и почти все виды естественных вод биосферы, приземная атмосфера, осадочные породы, глинные минералы, почва.

5. Вещество, находящееся в радиационном распаде.

6. Вещество рассеянных атомов, которое непрерывно создается из всякого рода земного вещества под валянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения – это отдельные атомы, возможно даже молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля солнца и из космического пространства.

Глобальными биогеохимическими функциями живого вещества являются:

1. Энергетическая функция заключается в усвоении живым веществом преимущественно солнечной энергии и передаче ее по трофическим цепям. В основе этой функции лежи фотосинтетическая деятельность зеленых растений, образующих 98% всей первичной продукции планеты, что составляет около 150 – 200 млрд. т сухого органического вещества в год.

2. Газовая функция осуществляется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза выделяют кислород, растениями и животными, выделяющими при дыхании углекислый газ, а так же многими бактериями, восстанавливающими азот, сероводород и др. Благодаря этой функции сформирован современный состав атмосферы.

3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать разные химические элементы, из внешней среды. Бурые водоросли концентрируют йод, диатомовые водоросли и злаки – кремний, фиалки – цинк.

4. Окислительно-восстановительная функция выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В почве, водной и воздушной среде образуются соли, окислы, новые вещества как результат ОВР.

5. Биохимическая функция осуществляется в процессе обмена веществ в живых организмах (питание, дыхания, выделения) и разрушения отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности до простых неорганических веществ.

№8

2010/2011 Учебный год

1 .Метаболизм углерода в процессе фотосинтеза, различные пути метаболизма, их особенности.

Метаболизм углерода происходит в темновую стадию фотосинтеза.

Темновая фаза – комплекс ферментативных реакций, во время которых происходит восстановление поглощенного СО₂ за счет продуктов световой стадии фотосинтеза (АТФ и НАДФ*Н).

Цикл Кальвина (С₃ цикл).

Расшифровал его Кальавин. Это основной путь, присущ всем растениям.

Начинается с присоединения СО₂ к акцептору рибулеза 1,5-дифосфату, фермент карбоксилаза:

6 СО₂ + 12 НАДФ *Н + 12 Н⁺ + 18 АТФ + 11 Н₂О →

фруктоза 6 фосфат + 12 НАДФ+ + 18 АДФ + 17 Рн.

Фазы:

1. Карбоксилирующая (РДФ + СО₂ → 2 ФГК)

2. Восстановительная (ФГК → ФГА)

3. Регенерирущая (ФГА → РДФ)

КПД:

18 АТФ – 140 ккал,

18 НАДФ – 615 ккал,

гексозы – 670 ккал,

т.о. КПД - 90 % и 10 % - на поддержание цикла.

Каждая шестая молекула идет на синтез сахарозы, а остальные 5 в 3 молекулы рубулеза 1,5-дифосфат.

Скорость С₃-цикла зависит от соотношения. При соотношении 3 АТФ к 2 НАДФ*Н – активно восстанавливается С и запасается энергия.

Цикл Хетча-Слэнга (С₄ цикл).

Происходит карбоксилирование ФЕП.

Из ЩУК может образовываться либо яблочная кислота, либо аспарогиновая кислота. В зависимости от того, что образуется, растения делят на малатного типа (кукуруза, сахарный тростник) и аспартатного типа (сорго).

ФЕП (фосфоенолперуват) + СО₂ + Н₂О + Н₃РО₄ → ЩУК → ЯК (фермент – малат гидрогеназа).

Кислотный метаболизм толстянковых (CАМ-цикл)

Поглощение СО₂ происходит ночью, т.к. устьица ночью открыты, а днем закрыты.

В темное время суток происходит фиксация СО₂ и синтез ЯК. На свету она декарбоксилируется и превращается в ПВК, далее в ФЕП, а затем в ФГК.

Ночью поглощается СО₂, а утром происходят остальные реакции.

Фотодыхание (С2) (гликолатный путь).

Происходит при приблизительной концентрации СО₂ в воздухе и в листе. В хлоропластах происходит превращение углерода в фосфогликолевую кислоту.