1. Автотрофно хранене. Фотосинтезата, нейното значение.

Автотрофно храненекогато организмът сам синтезира органични вещества от неорганични, това включва фотосинтеза и хемосинтеза (при някои бактерии).

Фотосинтезата се среща в растенията и цианобактериите. Фотосинтезата е образуването на органични вещества от въглероден диоксид и вода, на светлина, с освобождаване на кислород. При висшите растения фотосинтезата се извършва в хлоропласти - пластиди с овална форма, съдържащи хлорофил, който определя цвета на зелените части на растението. При водораслите хлорофилът се съдържа в хроматофори, които имат различна форма. Кафявите и червените водорасли, които живеят на значителни дълбочини, където достъпът до слънчева светлина е труден, имат други пигменти.

Фотосинтезата осигурява органична материя не само на растенията, но и на животните, които се хранят с тях. Тоест, това е източник на храна за целия живот на планетата.

Кислородът, отделен по време на фотосинтезата, навлиза в атмосферата. Озонът се образува от кислород в горните слоеве на атмосферата. Озоновият екран предпазва повърхността на Земята от силно ултравиолетово лъчение, което направи възможно достигането на живи организми до сушата.

Кислородът е необходим за дишането на растенията и животните. Когато глюкозата се окислява с участието на кислород, митохондриите съхраняват почти 20 пъти повече енергия, отколкото в нейно отсъствие. Което прави използването на храната много по-ефективно и е довело до високи нива на метаболизма при птици и бозайници.

Всичко това ни позволява да говорим за планетарната роля на фотосинтезата и необходимостта от защита на горите, които се наричат ​​„белите дробове на нашата планета“.

2. Характеристики на животинското царство. Ролята на животните в природата. Сред готовите микропрепарати от протозои намерете зелена еуглена. Обяснете защо зелената еуглена се класифицира от ботаниците като растение, а от зоолозите като животно.

Към животинското царствовключват хетеротрофни организми, които са фаготрофи, т.е. усвояване на храната на повече или по-малко големи части, „парчета“. За разлика от гъбите, които абсорбират хранителни вещества под формата на разтвори (осмотрофи).

Животните се характеризират с подвижност, въпреки че някои коелентерни водят заседнал начин на живот като възрастни. Освен това повечето животни имат нервна система, която осигурява реакция на стимули. Животните могат да бъдат тревопасни, месоядни (хищници, чистачи) и всеядни. В природата животните са консуматори, консумират готови органични вещества и значително ускоряват циркулацията на веществата в екосистемите и биосферата като цяло. Животните помагат на много видове растения да процъфтяват, като са опрашители, разпръскват семена, разрохкват почвата и я обогатяват с екскременти. Ние дължим образуването на запаси от креда и варовик на морски животни с варовит скелет, които допринасят за постоянна концентрация на въглероден диоксид в атмосферата.

Euglena green, едноклетъчно живо същество, заема междинна позиция в таксономията, притежавайки характеристики, присъщи на различни царства. Има хлоропласти и се храни със светлина чрез фотосинтеза. Ако във водата има разтворени органични вещества, особено на тъмно, тя ги абсорбира, преминавайки към хетеротрофно хранене. Наличието на флагелум осигурява подвижност, което също го прави подобен на животните.

3. Обяснете биологичното значение на безусловните и условните рефлекси. Начертайте схема на рефлексната дъга (безусловен рефлекс) и обяснете от какви части се състои. Дайте примери за безусловни човешки рефлекси.

Учението за рефлекситесвързани с трудовете на руския физиолог Иван Михайлович Сеченов.

Рефлексът е реакцията на тялото на дразнене, осъществявана с участието на нервната система. Рефлексите биват безусловни – вродени и условни – придобити през живота.

Безусловните рефлекси осигуряват оцеляването на организма и вида при постоянни условия на околната среда и в ранните етапи от живота. Те включват защитно (мигане, когато петънце попадне в окото), индикативно (изследване на околния свят), хранително (смучене при деца, производство на слюнка). Инстинктите също са вродени по природа, понякога се разглеждат като сложна поредица от безусловни рефлекси. Най-важният инстинкт е продължаването на рода.

Условните рефлекси се използват за адаптиране към нови условия. Те се формират при определени условия и осигуряват най-добрия отговор. Пример за условен рефлекс е пристигането на птици в позната хранилка, разпознаването на годни за консумация и неядливи (първоначално пилето кълве всичко) и обучение на кучето на команди.

Рефлексната дъга на безусловния коленен рефлекс включва: рецептор - край на чувствителен неврон, нервни пътища, по които се предава сигналът към централната нервна система - сензорен неврон, който предава сигнал към гръбначния мозък, изпълнителен неврон в предните корени на гръбначния мозък, който предава команда за отговор, орган, който произвежда отговор - мускул.

Повечето дъги на други рефлекси включват допълнителни интерневрони.

В името на отдела (от гръцки. цианос – синьо) отразява характерна особеност на тези водорасли – цвета на талуса, свързан с относително високото съдържание на синия пигмент фикоцианин. Цианофитите обикновено имат специфичен синьо-зелен цвят. Цветът им обаче може да варира значително в зависимост от комбинацията от пигменти - да бъде почти зелен, маслинен, жълтеникаво-зелен, червен и т.н. През последните години все по-често се използва друго име за синьо-зелените водорасли - "цианобактерии". Това име отразява по-добре двете най-важни характерни черти на тези организми - прокариотната природа на клетките и тясната връзка с еубактериите. От друга страна, традиционното име се отнася до черти като способността за кислородна фотосинтеза и сходството между структурата на синьо-зелените водорасли и структурата на еукариотните хлоропласти.

Известни са около 2 хиляди вида цианофити, широко разпространени в морски и сладки води и в сухоземни местообитания.

клеткасиньо зелени водорасли прокариотни. Състои се от клетъчни обвивки (клетъчна стена) и вътрешно съдържание - протопласт, който включва плазмалема и цитоплазма с различни структури: фотосинтетичен апарат, ядрен еквивалент, рибозоми, гранули и др. (фиг. 12).

Синьо-зелените водорасли нямат органели, заобиколени от мембрани: ядро, хлоропласти и др., както и немембранни структури: микротубули, центриоли, микрофиламенти.

Най-характерните особености на клетъчната структура на синьо-зелените водорасли са:

Липса на типични ядра, заобиколени от ядрени мембрани; ДНК лежи свободно в центъра на клетката.

Локализация на фотосинтетични пигменти в тилакоиди в отсъствие на хлоропласти; тилакоидите съдържат хлорофил А.

Маскиране на зелени хлорофили с червени - фикоеритрин и сини пигменти - фикоцианин и алофикоцианин.

ДНК се намира във фибриларната гранулирана нуклеоплазмена област и не е заобиколена от мембрана.

Ориз. 12. Клетъчна структура на синьо-зелени водорасли (по: C.Hoek van den et al., 1995): A – Synechocystis; Б – Прохлорон; В - Псевдоанабена; 1 – клетъчна стена; 2 – плазмалема; 3 – тилакоид; 4 – фикобилизома; 5 – газови везикули; 6 – карбоксизома; 7 – ДНК фибрили; 8 – цианофицинова гранула; 9 – рибозоми; 10 – полизахаридна обвивка; 11 – стек от тилакоиди; 12 – подут тилакоид; 13 – пори; 14 – гранули от нишесте цианофицин; 15 – липидна капка; 16 – напречна преграда; 17 – млада напречна преграда; 18 – инвагинация на плазмалемата

Наличието на твърди (негъвкави) слоести клетъчни мембрани.

Образуване в повечето случаи на лигавиците.

Наличието на различни включвания: газови вакуоли (осигуряващи плаваемост), цианофицинови гранули (фиксиране на азот), полифосфатни тела (фиксиране на фосфор).

основни характеристики

Едноклетъчните синьо-зелени водорасли се характеризират с кокоид тип тяло . При многоклетъчните индивиди се срещат нишковидни (трихомални). , по-рядко хетеротрична (хетеротрихална) форма на структура на талуса . Много рядко има определена тенденция към ламеларно или обемно разположение на клетките. При нишковидните колонии няма плазмена взаимовръзка между клетките.

Те могат да бъдат прикрепени или неприкрепени към субстрата, неподвижни или способни на плъзгащо се движение. Камшичетата и ресничките обаче никога не се образуват. Движението на цианофитите се влияе по различни начини от осветлението. Първо, светлината определя посоките на движение. Движението към източника на светлина се нарича „положителен фототаксис“, а в обратна посока – „негативен фототаксис“. На второ място, интензитетът на светлината променя скоростта на движение - "фотокинеза". Трето, рязкото увеличаване или намаляване на интензитета на светлината бързо променя посоката на движение - „фотофобия“.

Клетките на синьозелените водорасли са най-често сферични, бъчвовидни или елипсовидни, по-рядко удължени до цилиндрични и вретеновидни, прави или извити. Понякога клетките имат крушовидна форма. При прикрепените едноклетъчни индивиди, а понякога и при едноклетъчните цианоиди, често се наблюдава клетъчна хетерополярност. В този случай се образуват лигавични крака и дискове, с които се прикрепват към субстрата.

Индивидите много често образуват различни съединения - колонии от индивиди,понякога заемат големи пространства и произвеждат значително количество слуз, което често забележимо засяга формата и общия вид на колониите.

Индивидите Cyanophyta обикновено са микроскопични, но колониалните индивиди в редица видове могат да измерват сантиметри.

Основните пигменти на синьо-зелените водорасли са хлорофилът А, каротеноиди (каротин, ксантофил) и фикобилипротеини (алофикоцианин, фикоцианин, фикоеритрин). Последните се намират под формата на специални структури - фикобилизома, които се намират на повърхността на тилакоидите.

Синьо-зелените водорасли са способни на различни видове фотосинтеза: кислородна и аноксигенна. КислородноФотосинтезата е процес на фиксиране на въглероден диоксид с помощта на вода като донор на електрони, придружен от освобождаване на кислород. Възниква при аеробни условия. Аноксигененфотосинтезата е процесът на фиксиране на въглероден диоксид с помощта на сероводород или сулфид като донор на електрони, придружен от освобождаване на сяра. Възниква при анаеробни условия. В хиперхалинните езера на Израел, където през зимата се създават силно анаеробни условия, използването на комбинация от кислородна и аноксигенна фотосинтеза позволява водорасли от рода Осцилаториумдоминират в езерото целогодишно. В условия без кислород фотосинтезата се извършва в пясъците на приливната зона на моретата с освобождаване на сяра или тиосулфат. Много цианофити на светлина при анаеробни условия могат да фиксират въглеродния диоксид с помощта на водород, но този процес протича с ниска скорост и бързо спира.

Синьо-зелените водорасли имат няколко вида хранене:

Облигатен фотоавтотрофен. Те могат да растат само на светлина върху източник на неорганичен въглерод.

Факултативен хемохетеротрофен. Способен на хетеротрофен растеж на тъмно с помощта на органична материя и фототрофен растеж на светлина.

Фотохетеротрофен. Органичните съединения се използват в светлината като източник на въглерод.

Миксотрофен. Като допълнителен източник на въглерод се използват органични съединения. Те също така са способни на автотрофно фиксиране на въглероден диоксид.

Продуктът на фотосинтезата на цианобактериите е цианофициново нишесте. Отлага се в малки гранули, разположени между тилакоидите. Цианобактериите са способни бързо да абсорбират и натрупват азот под формата на цианофицинови гранули, обикновено разположени близо до напречните прегради на клетките. Фосфатите в синьо-зелените водорасли се съхраняват в полифосфатни гранули, а липидите се съхраняват под формата на капчици в цитоплазмата в периферията на клетката.

Възпроизвеждане. Всички живи клетки на синьо-зелените водорасли са способни на делене. Клетъчното делене на метазои и колониални представители обикновено води до растеж. Клетъчното делене е възможно в една, две, три или много равнини. При многоклетъчните форми по време на надлъжно делене нишковидните форми се появяват в една равнина, ламеларните форми в две равнини и кубичните форми в три равнини. Когато едноклетъчните индивиди се делят, размножаването става едновременно. Едноклетъчните цианофити се размножават чрез равно или по-рядко неравномерно делене. В този случай вътрешните слоеве на клетъчната мембрана растат вътре в клетката. В някои случаи се наблюдават множество разделения на съдържанието. Липсват митоза и мейоза. Възпроизвеждането на индивидите е вегетативно, по-рядко безполово. Редица представители на цианобактериите образуват покойни спори (акинети) . Няма типичен полов процес.

Вегетативно размножаванепри кокоидните форми се осъществява чрез просто разделяне на клетката на две във всички възможни посоки, в зависимост от случайните влияния на околната среда. В резултат на това се образуват две равни, но не еквивалентни части, които дават началото на два нови организма. Клетъчното делене на две се извършва в една или повече равнини. В последния случай най-често се образуват колонии.

Множествено клетъчно делене възниква, когато деленето на клетката и нейната ядрена област е непоследователно. В резултат на засиленото делене на „ядрото“ клетката става многоядрена, след което областите на протоплазмата около „ядрата“ се изолират и се образуват много изолирани ембрионални клетки. Основните фактори, водещи до многократно и многократно клетъчно делене на цианобактериите, са излишното хранене, което води до хипертрофиран растеж, както и промени във физикохимичните условия на съществуване. Хипертрофираният растеж причинява забавяне на узряването на клетките и след това повтарящи се или многократни деления.

Един от начините за вегетативно размножаване на цианофитите е фрагментацията (разпадането) на техните тали. Причината за фрагментацията може да бъде механични фактори, смърт на някои клетки или нарушаване на близките връзки, които съществуват между тях. При хормогониеви синьо-зелени водорасли, фрагментацията възниква чрез разпадане на нишката на хормогониума поради смъртта на някои трихомни клетки - некроиди. Всеки хормон се състои от 2-3 или повече клетки, които с помощта на отделяната от тях слуз се изплъзват от влагалищната лигавица и, извършвайки колебателни движения, се движат във водата или по субстрата. Всеки хормон може да породи нов индивид. Ако група клетки, подобни на хормогония, са покрити с дебела мембрана, тя се нарича хормоцист. Той изпълнява функциите на възпроизвеждане и толериране на неблагоприятни условия. При някои видове от талуса се отделят едноклетъчни фрагменти, наречени гонидии, коки или планококи. Гонидиите запазват лигавицата; коките и планококите нямат ясно изразени мембрани. Подобно на хормоните, те са способни на активно движение.

Безполово размножаванеизвършва се с помощта на специални клетки, които нямат удебелени мембрани: „екзоспори“ и „ендоспори“. Екзоспорите се образуват от неравномерно клетъчно делене, когато по-малка изпъпва от майчината клетка.

При неблагоприятни условия (изсушаване, студ, дефицит на хранителни вещества) се образуват цианобактерии. акинет.Тези големи, дебелостенни, почиващи спори, пълни с резервни продукти, служат за оцеляване при тези неблагоприятни условия. Акинетите могат да останат жизнеспособни в продължение на десетилетия, например в езерни утайки при липса на кислород.

Таксономия

Всички съвременни форми от отдел Cyanophuta могат да бъдат групирани в един, два или три класа. Ако приемем идеята за 3 основни пътя на еволюционно развитие на синьо-зелените водорасли от първоначалните кокоидни едноклетъчни форми, тогава можем да се съгласим с идентифицирането на три класа в Cyanophyta: Chroococcophyceae - chroococcal algae, Chamaesiphonophyceae - chamesiphon algae и Hormogoniophyceae - хормонални водорасли.

Клас Hormogoniaceae–Хормогониophyceae

(Разреди Oscillatoryaceae, Nostocaceae, Stigonemus -

Oscillatoriales, Nostocales, Stigonematales)

Видовете се характеризират с трихална форма на структурата на тялото на индивидите, както и способността да образуват хормони, т.е. специални фрагменти от нишки, способни на активно доброволно движение и покълване в нови индивиди. Индивидите са многоклетъчни, "прости" или колониални (с многоклетъчни цианоиди). Нишките могат да бъдат разклонени или неразклонени, разклоненията могат да бъдат истински или фалшиви. При истинското разклоняване се получава разклоняване на трихома. При фалшиво разклоняване се разклоняват само вагините. Трихомите могат да бъдат едноредови или многоредови, неразклонени или разклонени, хомоцитни или хетероцитни. Хомоцитните трихоми се състоят от подобни клетки, които не са диференцирани по форма и функция. Трихомите на хетероцитите се състоят от клетки, които са различни по форма, функция и местоположение. Клетки, които са подобни на външен вид на клетките на хомоцитните трихоми, се наричат ​​вегетативни; рязко различни от тях - специални. Последните включват хетероцисти и акинети.

Циклите на развитие често са сложни, по време на които се наблюдават редица морфологично различни етапи. В допълнение, хормогониевите водорасли се характеризират с многовариантно развитие.

Род Осцилаториум(фиг. 13, А). Няма диференциация на клетките по форма, функция и локализация. Нишките са неразклонени, еднорядни, хомоцитни. Вагините липсват или присъстват.

Ориз. 13. Морфологично разнообразие на синьо-зелените водорасли (според:): A – Осцилаториум; Б – Носток; В - Анабена; G - Лингбия; Д - Ривулария; E – Gleocapsa; И - Chroococcus: 1 – общ изглед, 2 – изглед с малко увеличение, 4 – хетероцист

Род Носток(фиг. 13, б). Клетките се диференцират по форма и функция. Изключително колониални организми, с добре развита слуз, която влияе върху формата на колониите. Трихомите са хетероцитни, едносерични, неразклонени, със или без обвивки.

Род Ривулария(фиг. 13, д). Талус под формата на неразклонени или разклонени нишки, със или без обвивки. Индивидите са единични или образуват съединения. трихомите са хетероцитни, асиметрични по зрялост, изострени от основата към върха, често завършващи с косъм, състоящ се от вакуолизирани клетки.

Род Стигонема(фиг. 14, А). Клетките се диференцират по форма и функция. Видовете от рода се характеризират с истинско странично разклоняване. Трихомите са хетероцитни, едносерийни или многосерийни, образуващи плексуси и снопове. Нишки с обвивки или по-рядко без тях. Няма ясен диморфизъм на клоните. Основните нишки обикновено са пълзящи. В старите части на нишките клетките често са в глеокапсоидно състояние: те са обединени в групи и са заобиколени от развити лигавици.

Ориз. 14. Синьозелени водорасли Stygonema (по: R.E. Lee, 1999; M.M. Gollerbach et al., 1953): A – Stigonema; B – Mastigocladus: 1 – хетероцист, 2 – обвивка

Род Мастигокладус(фиг. 14, Б).Талусът има сложно разклонение и е хетероцитен. Разклоняване истинско и невярно. Клетките на основните нишки са повече или по-малко сферични, клетките на клоните са удължени и цилиндрични. Обвивките на нишките са тесни, здрави или лигави. Хетероцистите са интеркаларни, не са известни спори. Видовете от рода са широко разпространени в термалните извори.

Клас Chroococcus –Chroococcophyceae

Поръчка– Chroococcales

Те се срещат като едноклетъчни "прости" индивиди или по-често образуват лигавични колонии. Когато клетките се разделят в две равнини, се появяват еднослойни ламеларни колонии. Разделянето в три равнини води до образуването на кубовидни колонии. Когато клетките се делят в много равнини, клетките са произволно разположени по цялата дебелина на слузта и формата на колониите е разнообразна. Колониалната слуз съчетава прости и сложни цианоиди от колонии. Слузта може да бъде хомогенна или диференцирана, под формата на лигавични мехурчета, последователно вкарани един в друг (род. Gleocapsa) или тръби и въжета (раждане Воронихиния, Гомфосферия). Слузта може да бъде безцветна или оцветена в синьо-зелени, сивкави, маслинени, кафяви, червеникави, лилави и черни тонове.

Клетките са предимно сферични или елипсовидни, по-рядко удължени, понякога различно извити, цилиндрични или вретеновидни, при някои видове яйцевидни, крушовидни или сърцевидни. Хроококовите водорасли се характеризират с вегетативно размножаване. Едноклетъчните индивиди се разделят на две в една, две, три или много равнини. Колониалните индивиди се размножават чрез разделяне на колонии и образуване на ендогенни колонии. Най-често размножаването става чрез разделяне на колонии. В рамките на този метод има фрагментиране на колониите или разделянето им на няколко части, или повторно свързване на майчината колония; и пъпкуване на колонии, тоест образуване на издатини върху майчината колония, които в крайна сметка се отделят от нея. Колониалните индивиди също се размножават с помощта на обикновени вегетативни клетки и спори.

Род Gleocapsaобразува „прости“ или сложни колонии (фиг. 13, Д). Клетките са сферични, елипсовидни, цилиндрични. Всяка клетка е покрита със слизеста обвивка. При деленето стените на майчините клетки се запазват. Колониите са кръгли или кубични, състоящи се от лигавични мехурчета, последователно включени един в друг.

Род микроцистис -колониите са сферични или неправилни по форма, сферичните клетки са потопени в слуз и могат да се делят във всяка посока (фиг. 15). Клетките на много видове съдържат газови вакуоли. Родът е широко разпространен в сладководния планктон. Развивайки се в маси, той може да причини водорасли във водата. Някои видове са токсични.

Ориз. 15. Хроококови синьо-зелени водорасли Микроцистис(след: M. M. Gollerbach et al., 1953)

Клас Hamesiphonaceae -Chamaesiphonophyceae

(Поръчайте Pleurocaps -Pleurocapsales)

Едноклетъчни, често диференцирани в основа и връх, и колониални (с едноклетъчни цианоиди), обикновено прикрепени към субстрата, индивиди. Характерно е образуването на ендоспори (беоцити). Клетки с различна форма, често с добре очертани безцветни или жълтеникави или кафяви лигавици. Клетъчното делене се извършва в една, две или три равнини. Клетките в колониите често са силно компресирани и образуват фалшив паренхим, понякога подреден в няколко слоя. Много видове се характеризират с образуването на относително ясни редици от клетки, които приличат на нишки. Но между клетките на такива „нишки“ няма плазмена връзка. „Нишките“ пълзят по субстрата, навлизат по-дълбоко в него или се издигат над него и нишките често се разклоняват.

Ендоспорите (беоцити) възникват вътре в майчината клетка (спорангий), подобни или различни от обикновените клетки по размер и форма. Беоцитите се освобождават чрез разкъсване, облизване на обвивката на спорангиума или чрез изхвърляне на част от стената на спорангиума като капачка; цялото съдържание на спорангиума или само част от него се използва за тяхното образуване.

Род Дермокарпа.Индивидите са едноклетъчни, обособени на основа и връх, прикрепени към субстрата. Обикновено живеят сами, на малки групи. Те обикновено се възпроизвеждат от беоцити.

Ориз. 16. Хамезифоново синьо-зелено водорасло Дермокарпа(след: M. M. Gollerbach et al., 1953)

Екология и значение

Синьо-зелените водорасли са повсеместно разпространени. Те могат да бъдат намерени както в горещи извори и артезиански кладенци, така и на повърхността на сняг и мокри скали, на повърхността и в дебелината на почвата, в симбиоза с други организми: протозои, гъби, морски гъби, ехиуриди, мъхове, папрати , голосеменни. Видовете синьо-зелени са често срещани в планктона и бентоса на стоящи и бавно течащи сладки води, в солени и солени водни тела. Те - важни компоненти на морския фитопланктон. Синьо-зелените водорасли играят ключова роля в океанските екосистеми, където по-голямата част от общата фотосинтетична продукция идва от пикопланктон. Пикопланктонсе състои главно от едноклетъчни кокоидни цианофити. Изчислено е, че 20% от фотосинтетичното производство на океаните идва от планктонни синьо-зелени водорасли. Бентосът съдържа епифитни, епилитни и ендолитни форми. Цианобактериите обикновено имат специални органи за прикрепване под формата на подметка, крака и лигавици. Видове синьо-зелени водорасли, които се прикрепят към подводни обекти с помощта на слуз, също са изобилни.

Цианобактериите са типични обитатели на горещите води. Вегетират при температури 35–52°C, а в някои случаи до 84°C и по-високи, често с повишено съдържание на минерални соли или органични вещества (силно замърсени горещи отпадъчни води от фабрики, фабрики, електроцентрали или атомни централи) .

Дъното на хиперхалинните резервоари понякога е изцяло покрито със синьо-зелени водорасли, сред които преобладават видовете от родовете Phormidium, Oscillatoria, Spirulinaи др. Синьо-зелените водорасли живеят върху кората на дърветата (видове родове Synechococcus, Afanotheke, Nostoc). Те често епифитират върху мъхове, където например могат да се наблюдават черно-сини туфи от видове от рода Шизотрикс.

Представителите на Cyanophyta са най-често срещаните сред водораслите, живеещи на повърхността на откритите скали. Цианофитите и придружаващите ги бактерии образуват „планински тен“ (скални филми и кори) върху кристални скали от различни планински вериги. Израстъците от водорасли са особено изобилни на повърхността на мокрите скали. Те образуват филми и израстъци с различни цветове. Като правило тук живеят видове, оборудвани с дебели лигавици. Израстъците са в различни цветове: яркозелени, златисти, кафяви, охра, лилави или тъмно синьо-зелени, кафяви, почти черни, в зависимост от вида, който ги образува. Видовете родове, които са особено характерни за напояваните скали, са: Gleocapsa, Gleoteke, Hamesiphon, Calothrix, Tolipothrix, Scytonema.

Представителите на Cyanophyta съставляват по-голямата част от почвените водорасли. Живеят в дълбоки и повърхностни слоеве на почвата и са устойчиви на ултравиолетово и радиоактивно лъчение. В почвите на степната зона Nostoc vulgareобразува дебели филми от тъмнозелени или, в сухия сезон, шистово-черни корички по повърхността. Масовото развитие на микроводораслите води до озеленяване на склоновете на дерета, крайпътни пътища и обработваеми почви.

Синьо-зелените водорасли са компоненти на талуса на много лишеи и съжителстват с висши растения, например водна папрат Azolla и други. как симбионтите предпазват партньора си от висока интензивност на светлината, снабдяват го с органични вещества и осигуряват азотни съединения. В същото време те получават защита от неблагоприятни външни фактори от гостоприемника, както и необходимите за растежа органични вещества. Само няколко симбиотични асоциации на цианофити с различни организми са задължителни. Повечето цианофити могат да растат независимо, макар и по-лошо, отколкото при симбиоза. Те образуват два вида асоциации с други организми - извънклетъчни: с гъби и вътреклетъчни: с гъби, диатомеи и др.

Синьо-зелените водорасли са сред най-древните организми; техните фосилни останки и отпадъчни продукти са открити в скали, образувани преди 3–3,5 милиарда години, в архейската ера. Смята се, че първите екосистеми на Земята (докамбрий) се състоят само от прокариотни организми, включително цианобактерии. Интензивното развитие на цианофитите беше от огромно значение за развитието на живота на Земята и не само поради натрупването на органични вещества, но и поради обогатяването на първичната атмосфера с кислород. Синьо-зелените водорасли също играят значителна роля в създаване на варовикови скали.

Фиксиране на азот.Атмосферата на Земята се състои от 78% азот, но способността да се фиксира се намира само в прокариотите, а сред водораслите изключително в цианофитите. Синьо-зелените водорасли са уникални организми, които са способни да фиксират както въглеродния диоксид, така и атмосферния азот. Когато азотът се фиксира, се отделят амоняк и водород. Този процес обикновено се случва в специални дебелостенни клетки с лигавични обвивки - хетероцисти. Вътре в хетероцистите се създават условия с ниско съдържание на кислород. Фиксирането на азот се извършва по-бързо през деня, отколкото през нощта, тъй като по време на фотосинтезата се образува АТФ, необходим за този процес - аденозинтрифосфорна киселина. Чрез фиксиране на атмосферния азот синьо-зелените водорасли получават азота, от който се нуждаят, за да синтезират своите протеини и да продължат да растат. Други водорасли зависят изцяло от нитрати и амоний, разтворени във вода.

Биологичното фиксиране на атмосферния азот е един от важните фактори повишаване на почвеното плодородие. Водещата роля в този процес принадлежи на цианофитите, които не се нуждаят от готова органична материя за усвояване на молекулярен азот, но сами го внасят в почвата. Например, за почвите от умерения пояс, годишното производство на азотфиксиращи синьо-зелени водорасли се оценява на 20-577 kg/ha (сухо тегло). Само хетероцистни форми на цианофити (видове от родовете Носток, Анабена, Калотрикс, ТолипотриксИ Cylindrospermum).

Някои представители на синьо-зелените водорасли са годни за консумация (Носток, Спирулина). В специални биологични езера, съобщества от синьо-зелени водорасли и бактерии използвани за разграждане и детоксикация на хербициди.Някои цианобактерии разграждат фенилкарбаматните хербициди до производни на анилин и хлор. Отпадъчните води, пречистени с помощта на най-модерните методи, все още остават токсични за водните организми. Само алгобактериалните общности, които се използват за третично пречистване на отпадъчни води, позволяват да се получи вода, която отговаря на GOST „Питейна вода“.

"Цъфтеж" на водата.Под „цъфтеж” на водата разбираме интензивното развитие на водораслите във водния стълб, в резултат на което тя придобива различен цвят в зависимост от цвета и броя на организмите, причиняващи „цъфтежа”. Масовото развитие на водораслите до точката на „цъфтеж“ на водата се улеснява от увеличаването на еутрофикацията на водните тела, което се случва както под въздействието на природни фактори (в продължение на хиляди и десетки хиляди години), така и до много в по-голяма степен под въздействието на антропогенни фактори (в продължение на години, десетки години). "Цъфтеж" на водата се наблюдава както в континенталните резервоари (сладки, бракични и солени), така и в моретата и океаните (главно в крайбрежните райони). Червено море получи името си поради обилното развитие на синьо-зелени водорасли в него. Oscillatoria erythraea. Сладководните тела с форма на локва в Централна Европа често са оцветени в червено Haematococcus pluvialis. От сладководните водни басейни, големите низинни реки и техните резервоари, както и езерата за различни цели, езерата и охладителните езера са предимно податливи на цъфтеж.

Умерената растителност от цианофити има положителен ефект върху екосистемата на резервоара. При значително увеличаване на биомасата на водораслите (до 500 g/m3 и повече) започва да се появява биологично замърсяване, в резултат на което качеството на водата значително се влошава. По-специално, неговият цвят, pH, вискозитет се променят, прозрачността намалява и спектралният състав на слънчевата радиация, проникваща във водния стълб, се променя в резултат на разсейването и поглъщането на светлинните лъчи от водораслите. Във водата се появяват токсични съединения и големи количества органични вещества, които служат като среда за размножаване на бактерии, включително патогенни. Водата обикновено придобива мухлясал, неприятен мирис. Възниква хипоксия или дефицит на разтворен кислород; изразходва се за дишането на водораслите и разграждането на мъртвата органична материя. Хипоксията води до лятна смърт на водните организми и забавя процесите на самопречистване и минерализация на органичните вещества.

Сред цианофитите има патогенни видове (около 30), които причиняват заболявания и смърт на рифовите корали; когато водата цъфти, болести по домашни животни и хора, масова смърт на водни организми, водолюбиви птици и домашни животни, особено в горещите летни месеци. Отравянето на хората е много по-рядко. Най-застрашени са децата и хората с чернодробни и бъбречни заболявания. Въз основа на техния начин на действие цианобактериалните токсини се разделят на 4 групи: хепатотоксини, невротоксини, цитотоксини и дерматотоксини. Те причиняват хранителни интоксикации, алергии, конюнктивити, увреждания на централната нервна система и др. В своето действие цианотоксините превъзхождат няколко пъти такива отрови като кураре и ботулин. Опазването на чистотата на водоемите включва недопускане натрупването на водорасли в близост до водоприемници и места за почивка или водопой на домашни животни.

"Слънчеви реактори" и водорасли. Напоследък човечеството е изправено пред остър проблем за рационалното използване на природните енергийни ресурси и търсенето на нетрадиционни източници на енергия. Такива източници включват слънчева енергия, запазена в растителна биомаса (биоконсервация на слънчева енергия). За разлика от ядрената енергия, този източник на енергия е абсолютно безопасен; използването му не нарушава екологичното равновесие и не води до радиоактивно или топлинно замърсяване на околната среда.

Най-обещаващо е използването на синьо-зелени водорасли за производство на биогорива чрез метанизиране на биомаса от водорасли, отгледана в отпадъчни води. Инсталации за производство на метан от водорасли са създадени в САЩ и Япония. Производителността им е съответно 50 и 80 t/ha (суха маса) годишно, а 50-60 t суха биомаса от водорасли може да осигури 74 хил. kW/h електроенергия.

Контролни въпроси

Посочете характеристиките на клетъчната структура на цианобактериите.

Какви пигменти и хранителни типове са известни при цианофитите?

Как се размножават синьо-зелените водорасли? Какво представляват хормогониуми, екзоспори, акинети?

На кои групи организми са най-сходни синьо-зелените водорасли и кога са възникнали?

Посочете характеристиките и типичните представители на синьо-зелените водорасли от клас Chroococcal.

Назовете характеристиките и типичните представители на синьо-зелените водорасли от клас Hormogonium.

Посочете характеристиките и типичните представители на синьо-зелените водорасли от клас Chamesiphonaceae.

В какви местообитания се срещат синьо-зелени водорасли? Тяхното значение в природата.

Ролята на цианофитите в биологичното фиксиране на атмосферния азот.

Стопанско значение на цианофита. Оценка на качеството на водата.

Какво представляват цъфтежът на водораслите и цианотоксините?

Синьо-зелените водорасли като нетрадиционен източник на енергия.

Бактериите са се появили на Земята преди около три и половина милиарда години и в продължение на милиард години те са били единствената форма на живот на нашата планета. Тяхната структура е една от най-примитивните, но има видове, които имат редица значителни подобрения в структурата си. Например фотосинтезата на бактериите, наричани още синьо-зелени водорасли, е подобна на тази на висшите растения. Гъбите не са способни на фотосинтеза.

Най-прости по структура са тези бактерии, които обитават горещи извори, съдържащи сероводород и дълбоки дънни утайки от тиня. За връх на еволюцията се смята появата на синьо-зелените водорасли или цианобактериите.

Въпросът кои прокариоти са способни на синтез отдавна се изучава от биохимиците. Именно те откриха, че някои от тях са способни на самостоятелно хранене. Фотосинтезата при бактериите е подобна на тази при растенията, но има редица характеристики.

Автотрофните прокариоти са способни да се хранят чрез фотосинтеза, тъй като съдържат необходимите за това структури. Фотосинтезата на такива бактерии е способност, която осигурява възможността за съществуване на съвременни хетеротрофи, като гъби, животни и микроорганизми.

Интересното е, че синтезът при автотрофните прокариоти се извършва в по-дълъг диапазон на дължината на вълната, отколкото при растенията. Зелените бактерии са способни да синтезират органични вещества чрез абсорбиране на светлина с дължина на вълната до 850 nm; при лилавите бактерии, съдържащи бактериохлорофил А, това става при дължина на вълната до 900 nm, а при тези, съдържащи бактериохлорофил B, до 1100 nm . Ако анализираме абсорбцията на светлина in vivo, се оказва, че има няколко пика и те са в инфрачервената област на спектъра. Тази особеност на зелените и лилавите бактерии им позволява да съществуват в условия на наличие само на невидими инфрачервени лъчи.

Един от необичайните видове автотрофно хранене е хемосинтезата. Това е процес, при който тялото получава енергия за образуване на органични вещества от окислителната трансформация на неорганичните съединения. Фото- и хемосинтезата при автотрофните бактерии са сходни по това, че енергията от химическата реакция на окисление първо се натрупва под формата на АТФ и едва след това се прехвърля в процеса на асимилация. Видовете, чиято жизнена дейност се осигурява от хемосинтеза, включват следното:

1. Железни бактерии. Те съществуват поради окисляването на желязото.
2. Нитрифициращо. Хемосинтезата на тези микроорганизми е настроена да обработва амоняк. Много от тях са растения симбионти.
3. Серни бактерии и тионобактерии. Обработвайте серни съединения.
4. Водородни бактерии, чиято хемосинтеза им позволява да окисляват молекулярния водород при високи температури.

Бактериите, чието хранене се осигурява от хемосинтеза, не са способни на фотосинтеза, тъй като не могат да използват слънчевата светлина като източник на енергия.

Синьо-зелените водорасли - върхът на бактериалната еволюция

Фотосинтезата на цианидите протича по същия начин, както при растенията, което ги отличава от другите прокариоти, както и от гъбите, издигайки ги до най-високата степен на еволюционно развитие. Те са задължителни фототрофи, тъй като не могат да съществуват без светлина. Някои обаче имат способността да фиксират азота и да образуват симбиози с висши растения (като някои гъби), като същевременно запазват способността си да фотосинтезират. Наскоро беше открито, че тези прокариоти имат тилакоиди, които са отделени от гънките на клетъчната стена, като еукариотите, което позволява да се направят изводи за посоката на еволюцията на фотосинтетичните системи.

Други известни симбионти на цианидите са гъбите. За да оцелеят заедно в суровите климатични условия, те влизат в симбиотична връзка. Гъбите в тази двойка играят ролята на корени, получавайки минерални соли и вода от външната среда, а водораслите извършват фотосинтеза, доставяйки органични вещества. Водораслите и гъбите, които изграждат лишеите, не биха могли да оцелеят отделно при такива условия. Освен симбионти като гъбите, цианите имат приятели и сред гъбите.

Малко за фотосинтезата

Фотосинтезата при зелените растения и прокариотите е в основата на органичния живот на нашата планета. Това е процесът на образуване на захари от вода и въглероден диоксид, който се осъществява с помощта на специални пигменти. Именно благодарение на тях бактериите, чиито колонии са оцветени, са способни на фотосинтеза. Отделяният в резултат на това кислород, без който животните не могат да съществуват, е страничен продукт в този процес. Всички гъби и много прокариоти не са способни на синтез, тъй като в процеса на еволюцията не са успели да придобият необходимите за това пигменти.

При растенията фотосинтезата протича в хлоропластите. В зелените, лилавите и цианобактериалните клетки пигментите също са прикрепени към мембраната. Тоест, синтезът на прокариоти също се случва в специални везикули, наречени тилакоиди. Тук се намират и системи, които пренасят електрони и ензими.

Сравнявайки фотосинтезата на прокариотите и висшите растения, някои учени стигнаха до извода, че растителните хлоропласти не са нищо повече от потомци на зелени бактерии. Това са симбионти, които са се адаптирали към живот в по-развити еукариоти (клетките на такива организми, за разлика от бактериалните, имат истинско ядро).

Има два вида фотосинтеза - кислородна и аноксигенна. Първият е най-често срещан при растенията, цианобактериите и прохлорофитите. Вторият се среща в лилаво, някои зелени и хелиобактерии.

Аноксигенен синтез

Протича без отделяне на кислород в околната среда. Характерно е за зелените и лилавите бактерии, които са своеобразни реликти, оцелели до наши дни от древни времена. Фотосинтезата на всички лилави бактерии има една особеност. Те не могат да използват водата като донор на водород (това е по-характерно за растенията) и се нуждаят от вещества с по-висока степен на редукция (органични вещества, сероводород или молекулярен водород). Синтезът осигурява хранене за зелени и лилави бактерии и им позволява да колонизират сладки и солени водоеми.

Синтез на кислород

Възниква с отделянето на кислород. Характерен е за цианобактериите. При тези микроорганизми процесът е подобен на фотосинтезата при растенията. Пигментите на цианобактериите включват хлорофил А, фикобилини и каротеноиди.

Етапи на фотосинтезата

Синтезът протича на три етапа.

1. Фотофизически. Светлината се абсорбира с възбуждане на пигменти и пренос на енергия към други молекули на фотосинтетичната система.
2. Фотохимичен. На този етап от фотосинтезата в зелените или лилавите бактерии получените заряди се разделят и електроните се прехвърлят по верига, която завършва с образуването на АТФ и НАДФ.
3. химически. Случва се без светлина. Включва биохимични процеси на синтез на органични вещества в лилави, зелени и цианобактерии, използвайки енергия, натрупана в предишни етапи. Например, това са процеси като цикъла на Калвин, глюкогенезата, завършваща с образуването на захари и нишесте.

Пигменти

Бактериалната фотосинтеза има редица характеристики. Например, хлорофилите в този случай са техни собствени, специални (въпреки че за някои също е установено, че имат пигменти, подобни на тези, които работят в зелените растения).

Хлорофилите, които участват във фотосинтезата в зелените и лилавите бактерии, са подобни по структура на тези в растенията. Най-често срещаните хлорофили са A1, C и D, срещат се и AG, A, B. Основната рамка на тези пигменти има същата структура, разликите са в страничните разклонения.

От гледна точка на физичните свойства, хлорофилите на растенията, лилавото, зеленото и цианобактериите са аморфни вещества, силно разтворими в алкохол, етилов етер, бензол и неразтворими във вода. Те имат два максимума на поглъщане (единият в червените, а другият в сините области на спектъра) и осигуряват максимална ефективност на фотосинтезата при обикновените бактерии и цианобактериите.

Молекулата на хлорофила се състои от две части. Магнезиевият порфиринов пръстен образува хидрофилна пластина, разположена върху повърхността на мембраната, а фитолът е разположен под ъгъл спрямо тази равнина. Той образува хидрофобен полюс и е потопен в мембраната.

Открити са и синьо-зелени водорасли фикоцианобилини- жълти пигменти, които позволяват на цианобактериалните молекули да абсорбират светлината, която не се използва от зелените микроорганизми и растителните хлоропласти. Ето защо техните максимуми на поглъщане са в зелената, жълтата и оранжевата част на спектъра.

Всички видове лилави, зелени и цианобактерии съдържат и жълти пигменти – каротеноиди. Техният състав е уникален за всеки вид прокариот, а пиковете на светлопоглъщане са в синята и виолетовата част на спектъра. Те позволяват на бактериите да фотосинтезират, използвайки светлина със средна дължина, което подобрява тяхната продуктивност, могат да бъдат канали за пренос на електрони и също така да предпазват клетката от разрушаване от активен кислород. Освен това те осигуряват фототаксис - движението на бактериите към източник на светлина.

Работя като ветеринарен лекар. Интересувам се от бални танци, спорт и йога. Давам приоритет на личностното развитие и усвояването на духовни практики. Любими теми: ветеринарна медицина, биология, строителство, ремонти, пътуване. Табута: право, политика, IT технологии и компютърни игри.

Единствената енерготрансформираща мембрана на Gloeobacter е цитоплазмената, където са локализирани процесите на фотосинтеза и дишане.

Цианобактериите са интересни, защото съдържат различни физиологични способности. В дълбините на тази група фотосинтезата вероятно се формира и се оформя като цяло, базирано на функционирането на две фотосистеми, характеризиращо се с използването на H2O като екзогенен донор на електрони и придружено от освобождаване на O2.

Установено е, че цианобактериите имат способността за безкислородна фотосинтеза, което е свързано с изключването на фотосистема II при запазване на активността на фотосистема I (фиг. 75, B). При тези условия те имат нужда от екзогенни донори на електрони, различни от H2O. Като последните, цианобактериите могат да използват някои редуцирани серни съединения (H2S, Na2S2O3), H2 и редица органични съединения (захари, киселини). Тъй като потокът от електрони между двете фотосистеми е прекъснат, синтезът на АТФ е свързан само с цикличен електронен транспорт, свързан с фотосистема I. Способността за безкислородна фотосинтеза е открита в много цианобактерии от различни групи, но активността на фиксация на CO2 поради този процес е ниска, обикновено възлизаща на няколко процента от скоростта на асимилация на CO2 при условията на работа на двете фотосистеми. Само някои цианобактерии могат да растат чрез аноксична фотосинтеза, като Oscillatoria limnetica, изолирана от езеро с високо съдържание на сероводород. Способността на цианобактериите да преминават от един тип фотосинтеза към друг, когато условията се променят, илюстрира гъвкавостта на техния светлинен метаболизъм, което има важно екологично значение.

Въпреки че по-голямата част от цианобактериите са облигатни фототрофи, в природата те често живеят в тъмни условия за дълги периоди от време. На тъмно цианобактериите са открили активен ендогенен метаболизъм, чийто енергиен субстрат е гликогенът, съхраняван на светлина, катаболизиран чрез окислителния пентозофосфатен цикъл, който осигурява пълно окисление на глюкозната молекула. На два етапа от този път водородът навлиза в дихателната верига с NADP*H2, в която O2 служи като краен акцептор на електрони.

O. limnetica, която извършва активна безкислородна фотосинтеза, също се оказа способна да прехвърля електрони към молекулна сяра на тъмно при анаеробни условия в присъствието на сяра в околната среда, редуцираща я до сулфид. По този начин анаеробното дишане може също да достави енергия на цианобактериите на тъмно. Не е известно обаче колко широко е разпространена тази способност сред цианобактериите. Възможно е да е характерно за култури, които извършват безкислородна фотосинтеза.

Друг възможен начин цианобактериите да получат енергия на тъмно е гликолизата. При някои видове се откриват всички ензими, необходими за ферментацията на глюкозата до млечна киселина, но образуването на последната, както и активността на гликолитичните ензими са ниски. В допълнение, съдържанието на АТФ в клетката при анаеробни условия пада рязко, така че вероятно жизнената активност на цианобактериите не може да се поддържа само чрез субстратно фосфорилиране.

Във всички изследвани цианобактерии TCA цикълът е „незатворен“ поради липсата на алфа-кетоглутарат дехидрогеназа (фиг. 85). В тази форма той не функционира като път, водещ до производство на енергия, а изпълнява само биосинтетични функции. Способността в една или друга степен да използват органични съединения за биосинтетични цели е присъща на всички цианобактерии, но само някои захари могат да осигурят синтеза на всички клетъчни компоненти, като единственият или допълнителен източник на въглерод към CO2.

Цианобактериите могат да асимилират някои органични киселини, най-вече ацетат и пируват, но винаги само като допълнителен източник на въглерод. Техният метаболизъм е свързан с функционирането на „счупения“ цикъл на ТСА и води до включване в много ограничен брой клетъчни компоненти (Фиг. 85). В съответствие с особеностите на конструктивния метаболизъм, цианобактериите се отличават с тяхната способност за фотохетеротрофия или задължителен афинитет към фотоавтотрофия. В естествени условия цианобактериите често извършват конструктивен метаболизъм от смесен (миксотрофен) тип.

Някои цианобактерии са способни на хемохетеротрофен растеж. Наборът от органични вещества, поддържащи хемохетеротрофния растеж, е ограничен до няколко захари. Това е свързано с функционирането на окислителния пентозофосфатен цикъл в цианобактериите като основен катаболитен път, чийто начален субстрат е глюкозата. Следователно само последните или захари, които лесно се превръщат ензимно в глюкоза, могат да бъдат метаболизирани по този път.

Една от мистериите на метаболизма на цианобактериите е неспособността на повечето от тях да растат на тъмно с помощта на органични съединения. Невъзможността за растеж, дължаща се на субстрати, метаболизирани в цикъла на ТСА, е свързана с „счупеността“ на този цикъл. Но основният път на глюкозния катаболизъм - окислителният пентозофосфатен цикъл - функционира във всички изследвани цианобактерии. Посочените причини са неактивността на транспортните системи на екзогенни захари в клетката, както и ниската скорост на синтез на АТФ, свързана с респираторния електронен транспорт, в резултат на което количеството енергия, генерирана на тъмно, е достатъчно само за поддържане на клетъчна жизнена активност, но не и растеж на културата.

Цианобактериите, група от които вероятно са развили кислородна фотосинтеза, са били изправени за първи път пред освобождаването на O2 вътре в клетката. В допълнение към създаването на различни защитни системи срещу токсични форми на кислород, проявяващи се в устойчивост на високи концентрации на O2, цианобактериите са се адаптирали към аеробен начин на съществуване, като използват молекулярен кислород за получаване на енергия.

В същото време е доказано, че редица цианобактерии растат на светлина при строго анаеробни условия. Това се отнася за видовете, които извършват безкислородна фотосинтеза, които в съответствие с приетата класификация трябва да бъдат класифицирани като факултативни анаероби. (Фотосинтезата от всеки тип е анаеробен процес по своята същност. Това е ясно видимо в случай на безкислородна фотосинтеза и е по-малко очевидно за кислородна фотосинтеза.) За някои цианобактерии основната възможност за тъмни анаеробни процеси (анаеробно дишане, млечна киселина ферментация), но ниската активност поставя ролята им в енергийния метаболизъм на цианобактериите под съмнение. O2-зависимите и независими начини на производство на енергия, открити в групата на цианобактериите, са обобщени в

Хлоропластите са мембранни структури, в които протича фотосинтезата. Този процес във висшите растения и цианобактериите позволи на планетата да поддържа способността да поддържа живот чрез рециклиране на въглероден диоксид и попълване на концентрациите на кислород. Самата фотосинтеза се случва в структури като тилакоиди. Това са мембранни „модули“ на хлоропластите, в които се извършва пренос на протони, фотолиза на вода и синтез на глюкоза и АТФ.

Структурата на растителните хлоропласти

Хлоропластите са двойномембранни структури, които се намират в цитоплазмата на растителните клетки и хламидомоните. За разлика от тях, цианобактериалните клетки извършват фотосинтеза в тилакоиди, а не в хлоропласти. Това е пример за недоразвит организъм, който е в състояние да осигури храненето си чрез фотосинтетични ензими, разположени върху инвагинациите на цитоплазмата.

По своята структура хлоропластът е двумембранна органела под формата на везикула. Те се намират в големи количества в клетките на фотосинтезиращите растения и се развиват само при контакт с ултравиолетова радиация. Вътре в хлоропласта е неговата течна строма. По своя състав той прилича на хиалоплазма и се състои от 85% вода, в която са разтворени електролити и суспендирани протеини. Стромата на хлоропластите съдържа тилакоиди, структури, в които директно възникват светлата и тъмната фаза на фотосинтезата.

Наследствен апарат на хлоропласта

До тилакоидите има гранули с нишесте, което е продукт на полимеризацията на глюкозата, получена в резултат на фотосинтезата. Пластидната ДНК заедно с разпръснатите рибозоми също са свободни в стромата. Може да има няколко ДНК молекули. Те, заедно с биосинтетичния апарат, са отговорни за възстановяването на структурата на хлоропластите. Това се случва без използване на наследствената информация на клетъчното ядро. Това явление също ни позволява да преценим възможността за независим растеж и възпроизвеждане на хлоропластите в случай на клетъчно делене. Следователно хлоропластите в някои отношения не зависят от клетъчното ядро ​​и представляват, така да се каже, симбионт, недоразвит организъм.

Структура на тилакоидите

Тилакоидите са дисковидни мембранни структури, разположени в стромата на хлоропластите. При цианобактериите те са разположени на инвагинации на цитоплазмената мембрана, тъй като нямат независими хлоропласти. Има два вида тилакоиди: първият е луменен тилакоид, а вторият е ламеларен тилакоид. Тилакоидът с лумен е с по-малък диаметър и представлява диск. Няколко тилакоиди, разположени вертикално, образуват грана.

Ламеларните тилакоиди са широки пластини, които нямат лумен. Но те са платформа, към която са прикрепени множество аспекти. Фотосинтезата практически не се случва в тях, тъй като те са необходими за образуване на здрава структура, която е устойчива на механични повреди на клетката. Общо хлоропластите могат да съдържат от 10 до 100 тилакоида с лумен, способен на фотосинтеза. Самите тилакоиди са елементарните структури, отговорни за фотосинтезата.

Ролята на тилакоидите във фотосинтезата

Най-важните реакции на фотосинтезата протичат в тилакоидите. Първият е фотолизно разделяне на водна молекула и синтез на кислород. Второто е преминаването на протон през мембраната през цитохромния молекулен комплекс b6f и електрическата транспортна верига. Синтезът на високоенергийната молекула АТФ също се случва в тилакоидите. Този процес протича с помощта на протонен градиент, който се развива между тилакоидната мембрана и стромата на хлоропласта. Това означава, че функциите на тилакоидите позволяват протичането на цялата светлинна фаза на фотосинтезата.

Светлинна фаза на фотосинтезата

Необходимо условие за съществуването на фотосинтеза е способността за създаване на мембранен потенциал. Постига се чрез пренос на електрони и протони, което създава H+ градиент, който е 1000 пъти по-голям, отколкото в митохондриалните мембрани. По-изгодно е да се вземат електрони и протони от водни молекули, за да се създаде електрохимичен потенциал в клетката. Под въздействието на ултравиолетов фотон върху тилакоидните мембрани това става достъпно. От една водна молекула се избива електрон, който придобива положителен заряд и следователно трябва да се отстрани един протон, за да се неутрализира. В резултат на това 4 водни молекули се разпадат на електрони, протони и образуват кислород.

Верига от процеси на фотосинтеза

След фотолизата на водата мембраната се презарежда. Тилакоидите са структури, които могат да имат киселинно рН по време на протонния транспорт. По това време pH в стромата на хлоропласта е леко алкално. Това генерира електрохимичен потенциал, който прави възможен синтеза на АТФ. Молекулите на аденозинтрифосфата по-късно ще бъдат използвани за енергийни нужди и тъмната фаза на фотосинтезата. По-специално, ATP се използва от клетката за използване на въглероден диоксид, което се постига чрез кондензирането му и синтезирането на молекула глюкоза на негова основа.

По пътя NADP-H+ се редуцира до NADP в тъмната фаза. Общо за синтеза на една молекула глюкоза са необходими 18 молекули АТФ, 6 молекули въглероден диоксид и 24 водородни протона. Това изисква фотолизата на 24 водни молекули, за да се използват 6 молекули въглероден диоксид. Този процес позволява освобождаването на 6 молекули кислород, които по-късно ще бъдат използвани от други организми за техните енергийни нужди. В същото време тилакоидите са (в биологията) пример за мембранна структура, която позволява използването на слънчева енергия и трансмембранен потенциал с рН градиент за превръщането им в енергията на химичните връзки.