Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Школьники-биология: Биология: Биологическая нанобатарейка

Фотосинтез – это процесс преобразования световой энергии Солнца в химическую энергию тканей фотосинтезирующих организмов. Источником углерода для построения молекул органических соединений служит углекислота атмосферы.

Запишите суммарное уравнение химических реакций, протекающих при фотосинтезе (2 балла).

В какой области спектра (укажите диапазон длин волн в нанометрах) поглощают свет молекулы хлорофилла, если мы их видим зелеными (1 балл)? Оцените энергию поглощенного хлорофиллом моля квантов света в джоулях (приведите расчеты) (3 балла).

Несмотря на простое суммарное уравнение, механизм фотосинтеза невероятно сложен. Весь процесс фотосинтеза может быть разделен на две стадии: световую и темновую.

В первичной (световой) энергия поглощенных квантов света (hn) используется в окислительно-восстановительной реакции для разрыва химических связей восстановителя (в случае высших растений для фотолиза воды), и часть энергии, в конечном счете, запасается в новых химических связях. В последующей (темновой) стадии фотосинтеза запасенная энергия используется в другой окислительно-восстановительной реакции для восстановления углекислоты до сахаров.

Объясните, почему природе пришлось организовать две системы фотосинтеза, ФС1 и ФС2 (3 балла)?

Cуммарное увеличение свободной энергии при фотосинтезе у растений составляет примерно 120 ккал/моль кислорода. Каждый поглощенный фотон теоретически может привести к переносу одного электрона.

Сколько квантов поглощенного хлорофиллом света нужно затратить на образование молекулы кислорода, если максимальная эффективность преобразования энергии красного света – около 50% (2 балла)?

Разберем световую стадию фотосинтеза подробнее. Первичные процессы фотосинтеза (ППФ) включают несколько этапов:

I. поглощение света хлорофиллом и миграцию энергии поглощенных квантов к реакционным центрам (РЦ) фотосистем (рис.1)

Весь комплекс ППФ осуществляется во внутренних мембранах хлоропластов, содержащих хлорофилл. Для эффективного поглощения энергии квантов света молекулы хлорофилла сгруппированы по несколько сотен, образуя специальные «антенные» комплексы. Мембраны состоят из двух слоев молекул липидов (липидный бислой), в которые включены фотосинтетические белковые комплексы. В антенных комплексах происходит миграция энергии поглощенных квантов света к РЦ с небольшими энергетическими потерями, от больших энергий к меньшим.

Расположите хлорофиллы разных типов в порядке приближения к реакционному центру от места поглощения кванта света (в нижнем индексе указаны длины волн света в максимуме поглощения у данного типа хлорофилла):

а) Chl680 б)Chl570 в)Chl620 г)Chl520 . Объясните (3 балла).

II. фотохимическое разделение зарядов.

После того, как энергия поглощенного кванта света передана на предпоследнюю молекулу-хромофор, происходят следующие события (рис. 2). Поглощенный свет придает дополнительную энергию молекуле (1). При этом один из электронов переходит в возбужденное состояние, на более высокий энергетический уровень (обозначен звездочкой).

Энергия возбужденного электрона хлорофилла передается на электрон соседней молекулы за счет резонансного переноса энергии (2).

Молекула, находящаяся рядом с РЦ, передает ему энергию, приводящую к возбуждению одного из электронов в РЦ (3).

РЦ состоит из нескольких сопряженных молекул, одна из которых является акцептором электронов (красного цвета), а другая (синего цвета) – донором электронов; донор и акцептор отделены друг от друга в пространстве и находятся на разных сторонах мембраны. Возбужденный электрон РЦ переходит к молекуле-акцептору (4). Образующийся в РЦ дефицит электрона восполняется переносом электрона от донора (5).

Таким образом, энергия поглощенного фотона вызвала разделение зарядов в РЦ, то есть получилась батарейка. С учетом ее размера – нанобатарейка.

Каков заряд нанобатарейки в кулонах (4 балла)? Рассчитайте разность потенциалов на ее концах считая, что толщина мембраны составляет 5 нм, диэлектрическая проницаемость белка равна 3.

 

Прикрепленные файлы:
scbio2.doc (352.50 Кб.)

 



Решение

Дефекты на поверхности топологических изоляторов.
Дефекты на поверхности топологических изоляторов.

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.