Метаболизм растений и фотосинтез
Растения преобразуют солнечный свет и углекислый газ в органические молекулы, которые служат пищей почти для всей жизни, затем перерабатывают эти молекулы посредством дыхания и синтезируют из них огромное количество специализированных соединений.
Definition
Метаболизм растений — это совокупность биохимических реакций, поддерживающих жизнь растений, сосредоточенных на фотосинтезе — светозависимой фиксации углекислого газа в органическое вещество — наряду с дыханием и специализированным (вторичным) метаболизмом.
Scope
Эта область охватывает энергетический и углеродный метаболизм растений: световые реакции фотосинтеза и фиксацию углерода, клеточное дыхание и энергетический метаболизм, а также биосинтез вторичных метаболитов, которые опосредуют защиту растений, сигнализацию и окраску.
Sub-topics
Core questions
- Как растения улавливают световую энергию и используют ее для фиксации углекислого газа в сахара?
- Как энергия, запасенная в сахарах, высвобождается посредством дыхания?
- Как и почему растения производят огромное разнообразие вторичных метаболитов?
Key theories
- Двухстадийный фотосинтез
- Фотосинтез протекает в виде световых реакций, которые преобразуют световую энергию в АТФ и НАДФН, и углеродных реакций (цикл Кальвина-Бенсона), которые используют эту химическую энергию для фиксации углекислого газа в углеводы.
- Хемиосмотическое сопряжение энергии
- Как фотосинтез, так и дыхание сопрягают перенос электронов с перекачиванием протонов через мембрану, и образующийся градиент стимулирует синтез АТФ.
Clinical relevance
Фотосинтез является конечным источником пищи и кислорода и центральным рычагом глобального углеродного цикла; понимание метаболизма растений способствует усилиям по повышению урожайности сельскохозяйственных культур, разработке устойчивости к стрессам и производству фармацевтических препаратов и других соединений из вторичного метаболизма растений.
History
Путь углерода в фотосинтезе был прослежен Кальвином и Бенсоном с помощью радиоактивных индикаторов в середине XX века, в то время как хемиосмотическая теория Митчелла объединила энергопреобразующие мембраны хлоропластов и митохондрий.
Key figures
- Melvin Calvin
- Andrew Benson
- Rudolph Marcus
- Peter Mitchell
Related topics
Seminal works
- buchanan2015
- taiz2015
Frequently asked questions
- Каковы две стадии фотосинтеза?
- Световые реакции в тилакоидных мембранах улавливают свет для образования АТФ и НАДФН и выделения кислорода, а углеродные реакции цикла Кальвина-Бенсона используют эти АТФ и НАДФН для фиксации углекислого газа в сахар.
- Почему растения производят вторичные метаболиты?
- Вторичные метаболиты не требуются для основного роста, но выполняют экологические функции — защиту от травоядных и патогенов, привлечение опылителей и защиту от ультрафиолетового света и других стрессов.