3 часть

Заполни таблицу Фазы фотосинтеза ФОТОСИНТЕЗ - ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА В ЭНЕРГИЮ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ Основным источником энергии для всех живых существ, населяющих нашу планету, служит энергия солнечного света, которую аккумулируют непосредственно только зеленые растения, в том числе водоросли, редкие простейшие, зеленые и пурпурные бактерии. Их клетки за счет энергии солнца способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки и др. Зеленый цвет фотосинтезирующих клеток зависит от наличия в них хлорофилла, поглощающего свет в красной и синей частях спектра и пропускающего лучи, которые дают при смешении зеленый цвет. хлорофилла Заполни таблицу Сравнительная характеристика процессов дыхания и фотосинтеза

Солнечный свет Е н2он2о АТФ Н + О2О2 СО 2 ГЛЮКОЗА ФОТОСИНТЕЗ ЗНАЧЕНИЕФОТОСИНТЕЗАЗНАЧЕНИЕФОТОСИНТЕЗА Заполни таблицу

Строма Грана Тилакоид Ламелла Оболочка хлоропласта Капелька жира У эукариот фотосинтез происходит в особых органеллах, называемых хлоропластами. У эукариот фотосинтез происходит в особых органеллах, называемых хлоропластами. Хлоропласты окружены двойной мембраной. В хлоропластах всегда содержится хлорофилл, локализованные в системе мембран, которые погружены в основное вещество хлоропласта – строму. Мембранная система – это место, где протекают световые реакции фотосинтеза. В мембранах также находятся ферменты и переносчики электронов. Вся система состоит из множества плоских, заполненных жидкостью мешков, называемых тилакоидами. Тилакоиды местами уложены в стопки – граны. В строме происходят темновые реакции фотосинтеза. По своему строению строма напоминает гель; в ней находятся растворимые ферменты, в том числе ферменты цикла Кальвина, а также другие химические соединения, в частности сахара и органические кислоты. Избыток углеводов, образовавшихся в процессе фотосинтеза, запасается здесь в виде зерен крахмала.

Мембрана тилакоида строма Н + -резервуар АТФ-аза Н + -резервуар 2е - е-е- е-е- Фотолиз воды 2Н 2 О 2Н + + 2ОН - 2ОН - Н 2 О + 1/2О 2 +2е - Н 2 О 2Н + + 1/2 О е - О2 О2 е-е- е-е- хлорофилл Н+Н+ Н+Н+ Н+Н+ АДФ + Ф АТФ НАДФ + + НАДФН Световая фаза подробнее

Н2ОН2О О2О2 Цикл Кальвина СО 2 крахмал Аминокислоты Жирные кислоты Глюкоза НАДФ + НАДФН АДФ+Ф АТФ подробнее Темновая фаза

Первая фаза фотосинтеза носит название световой, так как она протекает только под действием солнечной энергии. Реакции световой фазы происходит на мембранах тилакоидов, где располагается фотосинтезирующий пигмент хлорофилл. В световую фазу происходит несколько процессов: 1. возбуждение хлорофилла квантами света и перемещение возбужденных электронов ХЛОРОФИЛЛ свет (hv) ХЛОРОФИЛЛ е - 2. фотолиз воды под действием света, образование кислорода и протонов водорода Н 2 О 2Н + + ½ О 2 + 2е - ; 3. синтез молекул АТФ за счет энергии возбужденных электронов АДФ + Ф Н АТФ; 4. соединение водорода с переносчиком НАДФ + и образование НАДФ 2Н. НАДФ + + 2Н + +2е - НАДФ2Н Синтез АТФ и НАДФ2Н протекает на мембранах тилакоидов и сопряжен с переносом возбужденных электронов по электронно-транспортной цепи. Таким образом, энергия солнца преобразуется в энергию возбужденных электронов, а далее запасается в процессе синтеза в молекулах АТФ и НАДФ2Н. Суммарное уравнение реакций световой фазы: Н 2 О + НАДФ + + 2АДФ + 2Ф Н НАДФ2Н + ½ О 2 Световая фаза

с О с О с с с с с с О О_О_ с с О О_О_ Ф с О Ф с О О с с с с с ОН Н 2АТФ 2АДФ 2НАДФ Н 2 НАДФ + 2 Р с с с с с с с с Глюкоза Углекислый газ Темновая фаза Глюкоза непосредственно синтезируется в темновую фазу фотосинтеза. Эту фазу иначе ещё называют фиксацией углекислого газа, так как здесь происходит усвоение углекислого газа и его восстановление. Реакции темновой фазы протекает в строме хлоропластов, куда поступают молекулы АТФ и НАДФ2Н, синтезируемые в световую фазу, и углекислый газ из атмосферы. Здесь происходит связывание молекул СО 2, активирование соединений за счет АТФ (фосфорилирование), восстановление углерода водородом из НАДФ2Н и синтез глюкозы. 1. В строме хлоропласта постоянно присутствует пятиуглеродный углевод (пентоза), В строме хлоропласта постоянно присутствует пятиуглеродный углевод (пентоза), связанный с двумя остатками фосфорной кислоты – рибулозодифосфат. Это вещество как бы начинает цикл. Происходит фиксация неорганического углерода. 2. Образующееся шестиуглеродное соединение неустойчиво и сразу же распадается на два триозофосфата. Образующееся шестиуглеродное соединение неустойчиво и сразу же распадается на два триозофосфата. 3. Далее происходит активирование этих веществ молекулами АТФ и образуются две Далее происходит активирование этих веществ молекулами АТФ и образуются две молекулы триозодифосфата. 4.После этого происходит восстановление триозодифосфатов молекулами НАДФ2Н;После этого происходит восстановление триозодифосфатов молекулами НАДФ2Н; 5.Две молекулы триозы соединяются между собой, и образуется глюкоза, котораяДве молекулы триозы соединяются между собой, и образуется глюкоза, которая может в дальнейшем превращаться в сахарозу, крахмал и другие полисахариды. 6.Часть молекул триоз может использоваться для синтеза аминокислот, глицерина,Часть молекул триоз может использоваться для синтеза аминокислот, глицерина, высших жирных кислот. 7.Частично триозы продолжают участвовать в циклических реакциях и превращаютсяЧастично триозы продолжают участвовать в циклических реакциях и превращаются вновь в пентозу, которая замыкают цикл. 8.В реакциях участвуют одновременно шесть молекул каждого вещества.В реакциях участвуют одновременно шесть молекул каждого вещества. Для синтеза одной молекулы глюкозы цикл должен повториться шесть раз. 9. Освобожденные молекулы АДФ и НАДФ + вновь возвращаются к мембранам тилакоидов для участия в световых реакциях.

Значение фотосинтеза «… луч солнца… упал на зелёную былинку пшеничного ростка …Он … затратился на внутреннюю работу … превратясь в растворимый сахар … отложился, наконец, в зерне в виде крахмала или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу. К.А. Тимирязев «… луч солнца… упал на зелёную былинку пшеничного ростка …Он … затратился на внутреннюю работу … превратясь в растворимый сахар … отложился, наконец, в зерне в виде крахмала или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу. К.А. Тимирязев фильм

2.Озоновый экран Ещё одно важнейшее следствие выделения растениями кислорода – образование озонового экрана в верхних слоях атмосферы на высоте около 25км. Озон (О 3 ) образуется в результате фотодиссоциации молекул О 2 под действием солнечной радиации. Озон удерживает большую часть ультрафиолетовых лучей, губительно действующих на все живое. Возможность частичного разрушения озонового экрана из-за загрязнения атмосферы промышленности и другими отходами – серьёзная проблема охраны биосферы. Космическая роль растений 1. Накопление органической массы. В процессе фотосинтеза наземные растения образуют млрд.т, а Растения морей и океанов млрд.т биомассы в год. Общая масса животных на Земле -23 млрд.т, что составляет около1% от растительной биомассы. Из этого количества 20 млрд.т приходится на обитателей суши, а 3 млрд.т – на животных и микроорганизмы гидросферы. За время существования жизни на Земле органические остатки накапливались и модифицировались. На суше эти органические вещества представлены в виде подстилки, гумуса и торфа, из которых при определённых условиях образовался уголь. В морях и океанах орг.остатки оседали на дно и входили в состав осадочных пород ( млрд.т) а также под действием микроорганизмов, повышенных температур и давления образовались газ и нефть ( млрд.т) 3. Накопление кислорода в атмосфере. Первоначально в атмосфере Земли О 2 присутствовал в следовых количествах. В настоящее время он составляет 21% по объему воздуха. Появление и накопление кислорода в атмосфере связано с жизнедеятельностью зелёных растений. Ежегодно в ходе фотосинтеза кислород поступает в атмосферу в количестве 70 – 120 млрд.т. Этот кислород необходим для дыхания всех гетеротрофов – бактерий, грибов, животных и человека, а также зелёных растений в ночное время. Особое значение в подержании высокой концентрации кислорода в атмосфере имеют леса. Подсчитано, что 1 га леса весной и летом за час выделяют кислорода в количестве, достаточном для дыхания 200 человек. 4. Обеспечение постоянства содержание постоянства содержания СО 2 в атмосфере. Образование органических веществ гумуса, осадочных пород и горючих ископаемых выводило значительные количества СО 2 из Круговорота углерода. В атмосфере Земли СО 2 становилось все меньше и в настоящее время он составляет только 0,03% ( по объёму), или 711 млрд.т в пересчете на углерод. Фотосинтез, с одной стороны, дыхание организмов и карбонатная система океана, с другой, поддерживают относительно постоянный уровень СО 2 в атмосфере. Тенденция к повышению содержания СО 2 В атмосфере из-за сжигания огромных количеств нефти, газа и др.причин может способствовать увеличению средней температуры на поверхности Земли, что приведет к ускорению таяния ледников в горах и на полюсах и затоплению прибрежных зон.

Задача. За сутки один человек массой в 60 кг при дыхании потребляет в среднем 30 л кислорода (из расчета 200 см 3 на 1 кг массы в 1 ч). Одно 25-летнее дерево – тополь – в процессе фотосинтеза за 5 весенне-летних месяцев поглощает около 42 кг углекислого газа. Определите, сколько таких деревьев обеспечат кислородом одного человека. Твоя оценка – от 5 – кол-во перевернутых картинок. Заполните таблицу Фазы фотосинтеза Название фазы Характеристика фазы Что поглощается из среды Что синтезируется в клетке Что выделяется в окружающую среду

Сравнительная характеристика процессов дыхания и фотосинтеза Название процесса Необходимы е условия Исходные веществами Источник энергии Конечные продукты Когда происходит (днем, ночью) Биологическое значение Дыхание Фотосинтез