Проблемы первичного акта фотосинтеза.

Фотосинтез - уникальный процесс образования богатых энергией органических веществ в клетках зеленых растений под действием видимого света (400- 700 нм). Суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид: CO2+nH2O=nC6H12O6+nO2

Процессы фотосинтеза пространственно и во времени можно разделить на 2 сравнительно самостоятельных процесса: световую стадию окисления воды и темновую стадию восстановления углекислого газа. Обе стадии протекают у высших растений и водорослей в специализированных органеллах клеток- хлоропластах (исключение синезеленные бактерии (цианобактерии), у которых аппарат фотосинтеза не обособлен от цитоплазматических мембран).

В ходе световой стадии фотосинтеза образуется высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород. В общем роль световых реакций фотосинтеза заключается в том, что в световую фазу синтезируются молекула АТФ и молекулы-переносчики протонов, то есть НАДФ Н2.

Фотохимическая суть процесса

Хлорофилл имеет два уровня возбуждения (с этим связано наличие двух максимумов на спектре его поглощения): первый связан с переходом на более высокий энергетический уровень электрона системы сопряжённых двойных связей, второй — с возбуждением неспаренных электронов азота и кислорода порфиринового ядра. При неизменном спине электрона формируются синглетные первое и второе возбуждённое состояние, при изменённом — триплетное первое и второе.

Второе возбуждённое состояние наиболее высокоэнергетично, нестабильно и хлорофилл за 10-12 сек переходит с него на первое, с потерей 100 кДж/моль энергии только в виде теплоты. Из первого синглетного и триплетного состояний молекула может переходить в основное с выделением энергии в виде света (флуоресценция) или тепла, с переносом энергии на другую молекулу, либо, поскольку электрон на высоком энергетическом уровне слабо связан с ядром, с переносов электрона на другое соединение.

Первая возможность реализуется в светособирающих комплексах, вторая — в реакционных центрах, где переходящий в возбужденное состояние под воздействием кванта света хлорофилл становится донором электрона (восстановителем) и передаёт его на первичный акцептор. Чтобы предотвратить возвращение электрона на положительно заряженный хлорофилл, первичный акцептор передаёт его вторичному. Кроме того, время жизни полученных соединений выше чем у возбуждённой молекулы хлорофилла. Происходит стабилизация энергии и разделения зарядов. Для дальнейшей стабилизации вторичный донор электронов восстанавливает положительно заряженный хлорофилл, первичным донором же является в случае оксигенного фотосинтеза вода.

Проблемой, с которой сталкиваются при этом проводящие оксигенный фотосинтез организмы, является различие окислительно-восстановительных потенциалов воды (для полуреакции H20 → O2 E0=+0,82 В) и НАДФ+ (E0=-0,32 В). Хлорофилл при этом должен иметь в основном состоянии потенциал больший +0,82 В чтобы окислять воду, но при этом иметь в возбуждённом состоянии потенциал меньший чем −0,32 В чтобы восстанавливать НАДФ+. Одна молекула хлорофилла не может отвечать обоим требованиям. Поэтому сформировалось две фотосистемы и для полного проведения процесса необходимо два кванта света и два хлорофилла разных типов.

33. Что такое реобаза и хронаксия? Как их определить экспериментально.

Реобаза это минимальное напряжение электрического тока, вызывающее при неограниченной длительности действия ответную реакцию. Она измеряется в единицах силы тока - вольтах.

Хронаксия это наименьшее время, необходимое для возникновения возбуждения при действии тока с напряжением, равным удвоенной реобазе. Хронаксия измеряется в милли/секундах.

Реобаза различных мышц человека составляет в среднем 15-30 вольт у тренированных к мышечной деятельности и 30-60 вольт у нетренированных.

Для определения двигательной хронаксии у человека в покое и после нагрузок необходима следующая аппаратура: хроноксиметр с электродами, физ. раствор, бинт, вата, спирт, гантели 3-5 кг.

Исследование проводится в 2-х группах; в одной – человек, который регулярно занимается спортом, в другой менее тренированный.

Хроноксиметр включается в сеть для 20-минутного прогревания. За это время подготовить к работе электроды и подключить их к прибору. Индифферентный электрод смочить физ раствором. Исследование начинается с определения двигательной точки. Подбирают ток, напряжение которого заведомо превышает величину реобазы и раздражают различные участки исследуемой мышцы. После нахождения этой точки активный электрод фиксируется на время всего опыта. Индифферентный электрод прибинтовывается к предплечью. Затем начинается само исследование в состоянии покоя. Затем испытуемому дают гантели весом 3- 5 кг., в каждую руку, которые он удерживает до утомления и быстро вновь определяют реобазу и хронаксию указанных выше мышц.

При определении реобазы: установить переключатель на режим(постоянный ток), ручку плавной регулировки напряжения поставить в нулевое положение. Ручку грубой регулировки напряжения поставить в положение ”30” этим обеспечивается работа на 30-вольтовой шкале. Вращая ручку 5 подающую напряжение находят величину напряжения при которой получилось сокращение мышц.