Сравнительная характеристика РНК и ДНК
Признаки |
РНК |
ДНК |
Местонахождение в клетке |
Ядро, рибосомы, цитоплазма, митохондрии, хлоропласты |
Ядро, митохондрии, хлоропласты |
Местонахождение в ядре |
Ядрышко |
Хромосомы |
Строение макромолекулы |
Одинарная полинуклеотидная цепочка |
Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью |
Мономеры |
Рибонуклеотиды |
Дезоксирибонуклеотиды |
Состав нуклеотида |
Азотистое основание (пуриновое — аденин, гуанин, пиримидиновое — урацил, цитозин); рибоза (углевод): остаток фосфорной кислоты |
Азотистое основание (пуриновое — аденин, гуанин, пиримидиновое — тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод): остаток фосфорной кислоты |
Типы нуклеотидов |
Алениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (У), цитидиловый (Ц) |
Алениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц) |
Свойства |
Не способна к самоудвоению. Лабильна |
Способна к самоудвоению по принципу комплементарности (редупликации): А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г Стабильна |
Функции |
Информационная (иРНК) — передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы; рибосомальная (рРНК) — входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) — переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и пластидная РНК — входят в состав рибосом этих органелл |
Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК, синтез РНК, информация о структуре белков |
Врачи, занимающиеся исследованиями в области клеточной биологии и физиологии, подчеркивают важность организации этц в тилакоидной мембране хлоропластов. Они отмечают, что эффективная работа электронно-транспортной цепи (ЭТЦ) критически важна для фотосинтетических процессов, обеспечивающих выработку энергии в растениях. Специалисты акцентируют внимание на том, что правильная структура и функциональная организация тилакоидной мембраны способствуют оптимальному переносу электронов и протонов, что, в свою очередь, влияет на синтез АТФ и NADPH. Врачи также подчеркивают, что нарушения в этой системе могут приводить к снижению фотосинтетической активности и негативно сказываться на росте и развитии растений. Таким образом, понимание механизмов организации ЭТЦ в тилакоидной мембране имеет не только теоретическое, но и практическое значение для агрономии и экологии.
Строение и функции лейкопластов
Лейкопласты — это органоиды клетки, в которых накапливаются питательные вещества. Органеллы имеют две оболочки: гладкую наружную и внутреннюю с несколькими выступами.
Большинство фотосинтезирующих бактерий содержат бактериохлорофилл a, некоторые — бактериохлорофилл b, зеленые бактерии — c и d.
Хлорофилл обладает способностью очень эффективно поглощать солнечную энергию и передавать ее другим молекулам, что является его главной функцией. Благодаря этой способности хлорофилл — единственная структура на Земле, которая обеспечивает процесс фотосинтеза.
Пластидам, так же, как и митохондриям, свойственна до некоторой степени автономность внутри клетки. Они размножаются путем деления.
Наряду с фотосинтезом, в пластидах происходит процесс биосинтеза белка. Благодаря содержанию ДНК пластиды играют определенную роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).
Бактерии, способные производить кислород
Тилакоиды (ламеллы) есть не только у растений, но и в отдельных микроорганизмах – цианобактериях. Цианобактерии не имеют ядра и отдельных клеточных структур (органелл), т. е. они являются бактериями-прокариотами. Однако цианобактерии имеют в своем составе образования, благодаря которым они могут осуществлять процесс фотосинтеза.
Ученые считают, что хлоропласты образовались в процессе эволюции из цианобактерий. Это подтверждается тем, что они имеют две оболочки, ДНК и РНК, систему производства белка (правда, под контролем ядра клетки), размножаются с помощью деления, а тилакоиды похожи на соответствующие органеллы (структуры) у цианобактерий.
Таким образом, эти бактерии как бы самостоятельные хлоропласты. В отличие от пластид растений ламеллы бактерий не соединяются в граны, но это совершенно не мешает им выполнять свои функции.
Цианобактерии считают самыми древними на нашей планете. Именно благодаря способности этих бактерий использовать углекислый газ и вырабатывать кислород появилась возможность зарождения жизни на Земле.
Как утверждают ученые, три миллиарда лет назад на нашей планете произошло эпохальное событие – под действием кванта солнечного света бактерия расщепила молекулу воды на водород и кислород. С тех пор небольшая желтая звездочка под названием Солнце стала главным источником жизненной энергии на Земле.
функция
Свет-зависимые реакции фотосинтеза на тилакоиды мембраны
Тилакои являются местом проведения свето-зависимых реакций фотосинтеза. Они включают в себя свет с приводом окисления воды и выделение кислорода , прокачку протонов через тилакоидные мембраны в сочетании с электронно — транспортной цепью фотосистем и цитохромом комплекса, а также синтез АТФ путем АТФ — синтазы с использованием сгенерированного протонного градиента.
Вода фотолиза
Первый шаг в процессе фотосинтеза является свет управляемого уменьшением (расщепление) воды , чтобы обеспечить электроны для фотосинтетических переноса электронов цепей, а также протоны для создания протонного градиента. Реакция расщепления воды происходит на люменальной стороне мембраны тилакоидов и приводится в движение с помощью световой энергии , захваченной фотосистем. Это окисление воды обычно производит продукт отходов O 2 , что является жизненно важным для клеточного дыхания . Молекулярный кислород , образованный реакция выбрасывается в атмосферу.
цепи переноса электронов
Две различные вариации транспорта электронов используют в процессе фотосинтеза:
- Нециклический транспорт электронов или непериодический фотофосфорилирование производит NADPH + H + и АТФ.
- Циклический электронный транспорт или циклическое фотофосфорилирование производит только АТФ.
Непериодически разнообразие предполагает участие обеих фотосистем, в то время как циклический поток электронов зависит от только фотосистемы I.
- Фотосистема я использует энергию света , чтобы уменьшить НАДФ + в НАДФ + Н + , и активно участвует в обоих нециклического и циклического транспорта электронов. В циклическом режиме, активированный электрон проходит вниз цепь , которая в конечном счете , возвращает его (в основном состоянии) в хлорофилл , что его под напряжением.
- Фотосистемы II использует энергию света для окисления молекулы воды, образуя электроны (е — ), протоны (Н + ), и молекулярный кислород (O 2 ), а действует только в нециклическом транспорте. Электроны в этой системе не сохраняются, а скорее непрерывно поступающих из окисленного 2H 2 O (O 2 + 4 H + + 4 е — ) и выход с НАДФ + , когда она , наконец , снижается до NADPH.
Источник протонного градиента
Протоны в просвете приходят из трех основных источников.
- Фотолиз от фотосистемы II окисляет воду до кислорода , протонов и электронов в просвете.
- Перенос электронов от фотосистемы II к пластохинону во время нециклического транспорта электронов потребляет два протона из стромы. Они выпускаются в просвете , когда восстановленный plastoquinol окисляется белкового комплекса цитохрома b6f на просвет стороне мембраны тилакоидов. Из пластохинона бассейна, электроны проходят через цитохром b6f комплекс. Эта интегральная сборка мембраны напоминает цитохром BC1.
- Снижение пластохинона по ферредоксину во время циклического транспорта электронов также передает два протона из стромы в просвет.
Градиент протонов также вызвано потреблений протонов в строме, чтобы сделать НАДФН из НАДФ + в НАДФ-редуктазы.
АТФ поколения
Молекулярный механизм АТФ (аденозинтрифосфат) генерация в хлоропластах похож на том , что в митохондриях и принимает необходимую энергию от протона движущей силы (PMF). Тем не менее, хлоропласты больше полагаются на химический потенциал в PMF для генерации потенциальной энергии , необходимой для синтеза АТФ. PMF представляет собой сумму протонного химического потенциала (задается протонного градиента концентрации) и трансмембранного электрического потенциала (задается разделения зарядов через мембрану). По сравнению с внутренними мембранами митохондрий, которые имеют значительно более высокий мембранный потенциал за счет разделения зарядов, тилакоидные мембраны , отсутствие градиента заряда. Чтобы компенсировать это, 10000 раз протонный градиент концентрации через мембрану тилакоидной значительно выше по сравнению с 10 — кратным градиентом через внутреннюю мембрану митохондрий. Результате хемиосмотической потенциал между просветом и стромы достаточно высока , чтобы управлять синтез АТФ с помощью АТФ — синтазы . По мере того как протоны путешествуют обратно вниз по градиенту через каналы в АТФ — синтазы , АДФ + Р я объединены в АТФ. Таким образом, свет-зависимые реакции соединены с синтезом АТФ через протонный градиент.
Функции хлоропластов
Основная функция хлоропластов — это фотосинтез — синтез глюкозы из углекислого газа и воды за счет солнечной энергии, которая улавливается хлорофиллом. В качестве побочного продукта фотосинтеза выделяется кислород. Однако процесс этот сложный и многоступенчатый, при котором синтезируются и побочные продукты, использующиеся как в самом хлоропласте, так и в остальных частях клетки.
Основным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл. Он существует в нескольких разных формах. Кроме хлорофилла в фотосинтезе принимают участие пигменты каротиноиды.
Пигменты локализованы в мембранах тилакоидов, здесь протекают световые реакции фотосинтеза. Кроме пигментов здесь присутствуют ферменты и переносчики электронов. Хлоропласты стараются расположиться в клетке так, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету.
Хлорофилл состоит из длинного углеводного кольца и порфириновой головки. Хвост гидрофобен и погружен в липидный слой мембран тилакоидов. Головка гидрофильна и обращена к строме. Энергия света поглощается именно головкой, что приводит к возбуждению электронов.
Электрон отделяется от молекулы хлорофилла, который после этого становится электроположительным, т. е. оказывается в окисленной форме. Электрон принимается переносчиком, которые передает его на другое вещество.
Разные виды хлорофилла отличаются между собой несколько различным спектром поглощения солнечного света. Больше всего в растениях хлорофилла А.
В строме хлоропласта происходят темновые реакции фотосинтеза. Здесь находятся ферменты цикла Кальвина и другие.
6. Мембраны тилакоидов цианобактерий
Цианобактерии — фотосинтетические прокариоты, обладающие высокодифференцированными мембранными системами. У этих бактерий имеется внутренняя система тилакоидных мембран, на которых расположены все компоненты действующих электронтранспортных цепей фотосинтеза и дыхания. Для цианобактерий характрено наличие на внешней стороне мембран тилакоидов сложных белковых комплексов — фикобилисом, которые состоят в основном из белков-фикобилинов фикоцианина и фикоэритрина . Из эукариот фикобилисомы есть у красных водорослей и глаукофитовых. Фикобилины поглощают световую энергию и передают её к хлорофиллу а фотосистемы II.
За счет наличия таких систем фотосинтетический аппарат этих бактерий сложнее, чем у других групп фотобактерий. Им нужно уметь управлять этими мембранами, синтезировать специфические мембранные липиды, а также обеспечивать правильный транспорт белков. Плазматическая мембрана, окружающая клетку, и мембраны тилакоидов играют разные роли в клетках цианобактерий. Организация, функции, состав и динамика белков мембранных систем остается одной из наиболее активно изучаемых областей в биологии цианобактерий.
Вопрос-ответ
Как работает цепь переноса электронов в фотосинтезе?
Цепь переноса электронов перемещает протоны через тилакоидную мембрану в просвет . В то же время расщепление воды добавляет протоны в просвет, а восстановление НАДФН удаляет протоны из стромы. Конечным результатом является низкий pH в просвете тилакоида и высокий pH в строме.
Что такое электронно-транспортная цепь?
ETC, Electron Transport Chain) — последовательность переносчиков электронов, расположенных на белках фотосинтетических мембран и осуществляющих фотоиндуцированный транспорт электронов, сопряжённый с трансмембранным переносом протонов против электрохимического градиента.
Где проходит цепь переноса электронов?
ЭТЦ у прокариот локализована в ЦПМ, у эукариот — на внутренней мембране митохондрий. Переносчики электронов расположены в порядке увеличения сродства к электрону, то есть по своему окислительно-восстановительному потенциалу, где у акцептора самое сильное сродство к электрону.
Каков правильный порядок движения электронов при фотосинтезе?
Наконец, поток электронов во время фотосинтеза соответствующим образом представлен последовательностью H2O ->, NADPH ->, цикл Кальвина . Во время фотосинтеза электроны в воде (H2O) сначала находятся на низком энергетическом уровне, а затем заряжаются светом до очень высокого энергетического уровня, а затем переносятся в NADPH.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите структуру тилакоидной мембраны и ее компоненты, такие как хлорофилл и белки, участвующие в фотосинтетических процессах. Понимание этих элементов поможет вам лучше осознать, как происходит организация ЭТЦ и его роль в фотосинтезе.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на механизмы переноса электронов в тилакоидной мембране. Изучите, как электроны перемещаются от одного белка к другому и как это связано с образованием АТФ и NADPH. Это знание поможет вам понять, как энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию.
СОВЕТ №3
Не забывайте о значении градиента протонов, создаваемого в тилакоидной мембране. Понимание того, как этот градиент используется для синтеза АТФ, является ключевым моментом в изучении фотосинтетических процессов.
СОВЕТ №4
Изучите влияние различных факторов, таких как световая интенсивность и температура, на эффективность организации ЭТЦ в тилакоидной мембране. Это поможет вам понять, как внешние условия могут влиять на фотосинтетическую активность растений.