Экология. Шпаргалка

Как только хлоропласты улавливают фотосинтетически активную радиацию, начинается фотосинтез. В световых реакциях участвуют две пигментные системы – фотосистема I и фотосистема II. Первая фотосистема содержит в основном хлорофилл а; реакционный центр – комплекс хлорофилла а с белком, который имеет максимум поглощения при 700 нм, поэтому данный комплекс называют «пигмент-700». Вторая фотосистема представлена хлорофиллом b, комплексом хлорофилла а и белка с максимумом поглощения 680 нм. В обеих фотосистемах имеются также дополнительные пигменты – каротиноиды, у водорослей – фикобилины.

После поглощения квантов света пигмент-700 отдает электроны, идущие на восстановление НАДФ+. Вторая фотосистема поднимает электроны, полученные при расщеплении воды, на более высокий энергетический уровень, и передает их пигменту-700. При таком нециклическом переносе электронов образуется АТФ. Таким образом, необходимые для темновых реакций АТФ и НАДФ × Н образуются во время световых реакций. Для обратного восстановления хлорофилла используются электроны, образующиеся при фотолизе воды или иного донора. В результате фотолиза воды при фотосинтезе высвобождается кислород, выделяющийся из растения в воздух. Далее при протекании темновых реакций ферменты, находящиеся в строме хлоропластов, конденсируют углекислый газ с рибулозодифосфатом до образования двух молекул фосфоглицериновой кислоты, которая, в свою очередь, становится альдегидом и после прохождения сложных ферментативных реакций в конечном итоге приводит к синтезу глюкозы.

Суммарный процесс фотосинтеза можно представить в виде уравнения:

Фотосинтез имеет огромное значение для существования всего живого на планете, так как именно этот процесс делает энергию и углерод доступными живым организмам, а также обеспечивает выделение в атмосферу кислорода, необходимого для всех аэробных форм жизни.

27. Хемосинтез

Хемосинтез – тип питания, характерный для некоторых микроорганизмов, которые создают органические вещества из неорганических за счет энергии, выделяющейся при окислении ими других неорганических веществ. Такие микроорганизмы называются хемосинтезирующими, или хемоавтотрофами. Энергия может выделяться при окислении водорода, серы, двухвалентного железа, сероводорода, аммиака и других неорганических веществ. Так, у железобактерии Leptothrix :

полное уравнение:

4FeCO3 + O2 + 6Н2O → 4Fe(OH)3 + 4СO2 + Энергия.

Бесцветные серобактерии Thiobacillus :

полное уравнение:

2S + 3O2 + 2Н2O → 2H2SO4 + Энергия.

Нитрифицирующие бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов с высвобождением энергии:

полное уравнение:

2HNO2 + O2 → 2HNO3 + Энергия.

Другая бактерия Nitrosomonas окисляет аммиак до нитритов: полное уравнение:

2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2Н2O + Энергия.

Все представленные выше бактерии являются аэробными, так как акцептор электронов и водорода – кислород. 78 % азота содержится в атмосфере в недоступной форме, он становится доступным для живых организмов лишь в связанной форме (азотофиксация). Так как молекула данного элемента состоит из двух атомов, то для азот-фиксации требуется энергия для ее расщепления. У азотофиксаторов для этой цели служит специальный фермент – нитрогеназа, использующий энергию АТФ. Нитрогеназа содержит железо, молибден, сульфидные простетические группы, поэтому данные элементы необходимы биологическим системам для осуществления фиксации азота. Разделение атомов азота неферментативным путем возможно при огромной затрате энергии (например, в результате грозовых разрядов в почву с осадками поступает 7 кг азота на 1 га).

28. Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экологической системы – скорость усвоения продуцентами солнечной энергии и образования органического вещества в процессе хемосинтеза и фотосинтеза.

Выделяют разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция.

Первичная продукция – масса органического вещества, созданная продуцентами в единицу времени на единицу площади.

Вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов.

Первичная продукция подразделяется на валовую (в иностранной литературе брутто-продукция) и чистую (нетто-продукцию) продукцию.

«Валовая первичная продукция – это общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты на дыхание.