Содержание кислорода в атмосфере

1.

2.

Содержание кислорода в атмосфере
Озоновый экран
Цветковые
растения
Одноклеточные
водоросли
Carbon C
20%
10%
Человек
0,002 млрд. лет
Цианобактерии
(Цианеи)
млрд лет
Точка Пастера – 0,2%
Фотосинтез
1
2
3
4

3.

4.

Восковой слой (кутикула)
Верхний
Эпидермис
Столбчатый
Мезофилл
Губчатый
Мезофилл
Нижний
Межклетники
Эпидермис

5.

МЕТОД ХРОМАТОГРАФИИ
Михаил
Семенович
Цвет
РАСТВОРИТЕЛИ

6.

СН3
Хлорофилл А
СНО
Михаил
Семенович
Цвет
Хлорофилл В
Другие каротиноиды
каротин

7.

Бесхлорофилльный
мутант
гороха
каротин
СН3
Хлорофилл А
СНО
Хлорофилл В

8.

Фикобилины:

9. Откуда в растениях зеленый цвет?

СН3
СНО
Хлорофилл В
Хлорофилл А

10. Почему хлорофилл зеленый?

Хлорофилл а
Хлорофилл b

11.

Уравнение фотосинтеза
сахара
(углеводы)
кислород
(побочный
продукт)
6CO2 + 6H2O + свет = C6H12O6 + 6O2

12.

Каротины
ксантофиллы

13.

Зеаксантин
[восстановлен]
Антераксантин
Виолаксантин
[частично окислен]
[полностью окислен]

14. Для чего растениям каротиноиды?

СН3
Хлорофилл А

15. Для чего растениям каротиноиды?

СН3
Хлорофилл А

16. Для чего растениям каротиноиды?

СН3
Хлорофилл А

17.

Пластиды высших растений
Лейкопласты
Стареющий
хлоропласт
(геронтопласт)
Лейкопласт
Хлоропласты
Хлоропласт
Амилопласт
Пропластида
Этиопласт
Хромопласт

18.

Темновая фаза
Световая
фаза

19.

Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
АТФ

20.

21. Электронтранспортная цепь (ЭТЦ) фотосинтеза

Н+
2Н2О
Н+
О2
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
ē
ē
Фотосистема II Цитохром-b6fкомплекс
ē
Фотосистема I
АТФ-синтаза
Н+Н+
НАДФ+
НАДФН
АТФ

22.

СО2
Цикл Кальвина
(восстановительный
пентозофосфатный
цикл)
НАДФН
Сахара
АТФ

23. Темновая фаза

Стадия
карбоксилирования

24. Рибулозо-бисфосфат карбоксилаза-оксигеназа (Rubisco) самый главный фермент на планете Земля (10млн. тонн!)

25.

Р
Р
СО2
Р
Р

26. Темновая фаза

Стадия
восстановления

27. Стадия восстановления

Р
Н
Р
НАДФ+
ОН
НАДФН
АДФ
АТФ
Р

28. Темновая фаза

Стадия
регенерации

29.

Р
С3
Сахарный
тростник
Крахмальное зерно под
сканирующим электронным
микроскопом
Н
С3
С3
С3
С5
С3 С3
С5
С5

30. РубисКО может поглощать кислород!

Р
Р
О2
Р
Р

31.

СО2
Цикл Кальвина
(восстановительный
пентозофосфатный
цикл)
НАДФН
Сахара
АТФ

32.

СО2
СО2
СО2
350 ppm
CO2
Н2О
250 ppm
CO2
СО
2

33.

С3
СО2
8
мкмоль
350 ppm
250 ppm
6 РубисКО
мкмоль

34.

СО2
СО2
350 ppm
5
мкмоль
СО2
РубисКО
70
150 ppm
мкмоль
СО2

35.

СО2
СО2
350 ppm
С4
150 ppm
РубисКО

36.

Фосфоенолпируваткарбоксилаза
(ФЕП-карбоксилаза)
Малат
Первое 4-х углеродное
соединение:
С-4 !
NADH
Гидрокарбонат-ион
ФЕП
NADP+
Оксалоацетат (ЩУК)

37.

Открытие
C-4 фотосинтеза
Карпилов Юрий Семенович, 1960
кукуруза – «кооперативный
фотосинтез»
М.Д. Хэтч и К.Р. Слэк 1966
сах. тростник – «С-4 фотосинтез»
ЦИКЛ КАРПИЛОВА – ХЭТЧА - СЛЭКА

38.

Кранц-анатомия листа (кукуруза)
1. Нет дифференцировки на столбчатый
и губчатый мезофилл
2. Клетки вокруг пучков увеличены (обкладка),
напоминают «корону» на срезе (нем. Kranz-корона)
3. У хлоропластов клеток обкладки нет гран,
они расположены вдоль стенок, прилежащих
к мезофиллу
Проводящие ткани
Клетка
мезофилла
Клетка обкладки
сосудистого
пучка

39.

Дифференцировка
хлоропластов
Гранальная структура
работает ФС II и ФС I
нециклический поток
электронов
образуется NADPH и О2
Электронная фотография
хлоропластов мезофилла
(вверху) и клеток обкладки
(внизу) С4 растения (сорго)
Агранальная структура
работает только ФС I
циклический поток
электронов
нет NADPH и О2

40. Среди каких семейств встречаются С4-растения?

Poaceae (Arthropogon)
Amaranthaceae
(Amaranthus)
Scrophulariaceae
(Anticharis)
Cyperaceae
(Bulbostylis)
Cleomeaceae
(Cleome)

41.

Общая фиксация СО2
мкмоль СО2 на м2 в сек.
С-4 растения
50
40
С-3 растения
30
20
10
0
-10
-20
100
мкл/л
500
200
мкл/л
мкл/л
концентрация СО2

42.

Фиксация
углекислоты
(пропорциональна
поступлению СО2
через устьица)
Crassulaceae
Иногда нет возможности
открыть устьица
даже ночью!
В гумидных зонах
В аридных
зонах
В экстрааридных зонах
6.00
12.00
18.00 Время суток

43.

Неблагоприятный
водный
режим
Sempervivum
Пустыни
Hawortia
Солончаки
Salicornia
Низкая
влагоемкость
субстрата
(эпифиты,
наскальные
растения)
Dendrobium

44.

САМ
(Сrassulaceae Acid Metabolism)
Временное разделение
фиксации СО2
ФЕП-карбоксилазой
и цикла Кальвина

45.

СО2+Н2О↔НСО3карбоангидраза
(С1)
Оксалоацетат (С4)
ФЕП-карбоксилаза
ФЕП (С3)
Малат (С4)
NADH
NADP+
Малат (С4)

46.

СО2+Н2О↔НСО3карбоангидраза
(С1)
Оксалоацетат (С4)
ФЕП-карбоксилаза
ФЕП (С3)
Малат (С4)
NADH
NADP+
Малат (С4)

47.

NADP+-зависимый МДГ путь
Малат (С4)
Пируват (С3)
Малат (С4)
NADP+зависимая
МДГ
NADP+
углеводы
Цикл
Кальвина
СО2
NADPH
АТР

48.

Суточная динамика процесса
Открывание устьиц
Накопление малата
Суммарное выделение
кислорода
Максимум:
малат выходит
из вакуоли и
ингибирует
ФЕП-карбоксилазу
V
рН
Исчерпание
малата
в вакуоли
O2
малат
устьица
12 - 14

49.

Факультативные и облигатные
САМ-растения
С3-листья
Euphorbia
Pachypodium
САМ-стебель