ФОТОСИНТЕЗ ☘️

Фотосинтез – (от греч. foto – «cвет» и synthesis – «соединение»

Схематическое изображение процесса фотосинтеза у растений 

Фотосинтез – это образование или синтез органических веществ (углеводов) из неорганических веществ углекислого газа и воды) с использованием энергии света и при участии хлорофилла.   

Хлорофилл - зеленый пигмент растений (в составе Мg магний),  его молекулы улавливают солнечную энергию и превращают ее в химическую энергию. У растений хлорофилл расположен на мембране тилакоидов в хлоропластах (рис.)

Хлорофилл поглощает красные лучи спектра света (680 нм) и частично синюю (450 нм) часть спектра света. То есть при фотосинтезе используются в основном красный спектр света. 

Зеленый цвет хлорофилл отражает и поэтому растениям имеют зеленую окраску.

Коротковолновые лучи ультрафиолета с длиной волны менее 290 нм являются губителеными для живых клеток, но до поверхности Земли не доходят, так как отражаются озоновым экраном. Озоновый слой как щит не пропускает коротковолновую радиацию.

Но не у всех растений хлорофилл служит ловушкой для света. Например: у бурых водорослей - ФУКОКСАНТИН (бурый пигмент), а у красных водорослей (ФИКОЭРИТРИН - красный пигмент и ФИКОЦИАНИН - синий пигмент). 

Красные водоросли или багрянки обитают на самой большой глубине, куда красные лучи не доходят. Поэтому вместо хлорофилла у них содержится красный пигмент, который поглощает лучи синей части спектра, их энергия используется в процессе фотосинтеза.

   У бактерий - бактериоохлофилл.

Фотосинтез имеет 2 фазы: 

1) световая фаза: она протекает на тилокоидах (или гранах) хлоропласта только на свету.

2. Темновая фаза: протекает в строме хлоропласта, для ее реакций не нужна энергия света.

 

  Световая фаза:

1. Молекула хлорофилла поглощает квант света и переходит в возбужденное состояние. При этом электрон выбивается из молекулы хлорофилла и покидает ее.

2. Богатый энергией электроны, поступает в особую цепь переносчиков и передаются на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются и мембрана заряжается отрицательно.

 3. Молекула хлорофилла восстанавливает свой электрон за счет фотолиза воды, т.е. расщепляют воду (чтобы забрать себе  электрон) под действием энергии света на Н+ + ОН-

4 ОН = 2 Н2О + О2 

При фотолизе воды образуется кислород, как побочный продукт фотосинтеза. Он поступает в атмосферу.

4. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно.

5. На мембране тилакоида возникла разность зарядов или потенциалов (+ внутри, - снаружи). 

При достижении критической величины 200 мВ (милливольт) разности потенциалов протоны Н+ проталкиваются через канал АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия протонов используется  для синтеза молекул АТФ.

9. Катионы водорода на наружной стороне мембраны присоединяют электроны молекулы хлорофилла, образуя атомарный водород; он присоединяется к переносчику НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и образуется НАДФ·Н2 , который поступает в строму хлоропласта для синтеза глюкозы в темновой фазе.  

Таким образом, результат световой фазы:

1) Образование кислорода вследствие фотолиза воды

2) Синтез АТФ

3) Образование НАДФ·Н2

  Темновая фаза:

Протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте.  Здесь происходит фиксация углекислого газа из воздуха и синтез глюкозы в ходе реакций цикла Кальвина.

     Ловушкой или фиксатором (акцептором) для углекислого газа является РИБУЛОЗОБИФОСФАТ или (углевод - моносахарид, пентоза, РибБФ). 

      При участии фермента рибулозобифосфаткарбоксилаза (РИБУСКО) идет присоединение СО2 и РибБФ, образуются соединения, которые в ходе последовательных реакций восстанавливаются до молекулы глюкозы. 

РИБУСКО является самым распространенным на планете ферментом! 

Суммарное сокращенное уравнение фотосинтеза у растений:

 Как же при фотосинтезе идет преобразование энергии?!

1.Энергия солнечного света идет на возбуждение хлорофилла и образование возбужденных электронов (в световой фазе).

2. Энергия возбужденных электронов преобразуется в энергию АТФ и НАДФ-Н2 (в световой фазе).

3. Энергия химических связей АТФ преобразуется в энергию химических связей в молекуле глюкозы (в темновой фазе).

Примеры заданий с ответом:

1.   Во время эксперимента учёный измерял скорость фотосинтеза в зависимости от температуры. Концентрацию углекислого газа и интенсивность освещения он поддерживал постоянными. Объясните, почему при повышении температуры активность фотосинтеза сначала растёт, но начиная с определённой температуры начинает стремительно снижаться.

 Ответ:

 • 1) Темновая стадия фотосинтеза – это цикл реакций, катализируемых ферментами.

• 2) Активность ферментов при повышении температуры возрастает,

• 3) пока не начнётся денатурация ферментов под воздействием высокой температуры, и тогда скорость реакции падает.

2.  Какие глобальные ароморфозы обеспечили развитие организмов на Земле на начальных этапах биологической эволюции (в архее и протерозое)? Укажите не менее четырёх ароморфных признаков и их значение в эволюции.

Ответ:

1) появление фотосинтеза обеспечило первичный синтез органических веществ из неорганических, накопление кислорода в воде и атмосфере, образование озонового экрана;

2) появление аэробного типа обмена веществ обеспечило синтез большого количества АТФ и снабжение организмов энергией;

3) половой процесс привёл к появлению у организмов разнообразных признаков – материала для эволюции;

4) появление многоклеточности, дифференциация клеток, формирование тканей и органов;

5) появление эукариот, что обеспечило разнообразие организмов разных царств живой природы.

3. Как повлияло появление фотосинтезирующих организмов на дальнейшую эволюцию жизни на Земле?

Ответ:

1) Фотосинтезирующие организмы создают питание для гетеротрофов, это способствовало эволюции животных.

2) Накопление в атмосфере кислорода привело к возникновению кислородного дыхания – самого выгодного способа энергетического обмена.

3) Возникновение озонового экрана уменьшило поток солнечной радиации, падающей на землю, и позволило организмам выйти из океана на сушу.

————

ЗАДАНИЯ по теме: (некоторые даны с ответом)

1. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1) образуется молекулярный кислород в результате разложения молекул воды

2) происходит синтез углеводов из углекислого газа и воды

3) происходит полимеризация молекул глюкозы с образованием крахмала

4) осуществляется синтез молекул АТФ

5) происходит фотолиз воды

————————

2. Темновая фаза фотосинтеза характеризуется

1) протеканием процессов на внутренних мембранах хлоропластов

2) синтезом глюкозы

3) фиксацией углекислого газа

4) протеканием процессов в строме хлоропластов

5) наличием фотолиза воды

6) образованием АТФ

———————

3.  Установите соответствие между характеристикой и фазой фотосинтеза

ХАРАКТЕРИСТИКА

А) фотолиз воды

Б) фиксация углекислого газа

В) расщепление молекул АТФ

Г) синтез молекул НАДФ · 2Н

Д) синтез глюкозы

ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

1) световая 2) темновая

————————

4.  Найдите ошибки в тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их:

1. В круговорот веществ и превращения энергии в биосфере включаются растения, осуществляя дыхание и фотосинтез. 2. В процессе дыхания они выделяют кислород. 3. В темновой фазе фотосинтеза происходит запасание энергии и АТФ. 4. В световой фазе происходит фотолиз воды и синтез глюкозы. 5.В процессе фотосинтеза растения усваивают углекислый газ.

———————

5. Как используется и преобразуется энергия солнечного света в процессе фотосинтеза в световой фазе? Ответ поясните.

————————

6. Укажите правильную последовательность реакций фотосинтеза

• 1) образование глюкозы

• 2) образование запасного крахмала

• 3) поглощение молекулами хлорофилла фотонов (квантов света)

• 4) соединение СО2 с рибулозодифосфатом

• 5) образование АТФ и НАДФ · Н

 

———————— 

7. Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза у растений. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.

1) соединение неорганического углерода с С5-углеродом

2) перенос электронов переносчиками и образование АТФ и НАДФ · Н 

3) образование глюкозы

4) возбуждение молекулы хлорофилла светом

5) переход возбуждённых электронов на более высокий энергетический уровень

———————

 8. Известен опыт ван Гельмонта, когда, взяв 90,6 кг сухой земли и ивовое деревце весом 2,5 кг, он выращивал его, поливая только дождевой водой. Вес ивы через 5 лет составлял 74,2 кг, а вес земли уменьшился всего на 56,6 г. Ван Гельмонт сделал ошибочный вывод, что материал, из которого образовалось дерево, произошёл из воды, использованной для полива. Почему ошибся учёный с точки зрения современного человека? Какой вывод он должен бы был сделать в результате своего исследования сегодня?

 Пояснение.

1) Ван Гельмонт ничего не знал о процессах фотосинтеза.

2) Сегодня он бы пришёл к выводу о том, что органические вещества синтезируют сами растения, поглощая вещества не только из воды, но и из воздуха (почвенное и воздушное питание)

 

———————- 

 9. Красные водоросли (багрянки) обитают на большой глубине. Несмотря на это, в их клетках происходит фотосинтез. Объясните, за счёт чего происходит фотосинтез, если толща воды поглощает лучи красно- оранжевой части спектра.

 Пояснение.

1) для фотосинтеза необходимы лучи красной и синей части спектра;

2) в клетках багрянок содержится красный пигмент, который поглощает лучи синей части спектра, их энергия используется в процессе фотосинтеза.

———————

 10. Швейцарский ученый Ж. Сенебье в 18 веке, проводя эксперименты с водными растениями, наблюдал выделение ими газа на свету в виде пузырьков. Укажите, какой это газ и из какого вещества он образуется. Назовите процесс и стадию, на которой происходит выделение газа.

———————-

 11. Какие организмы первыми обеспечили образование кислорода в атмосфере и как повлияло накопление кислорода на дальнейшую эволюцию жизни на Земле?

 1) повышение концентрации кислорода в атмосфере произошло благодаря возникновению у одноклеточных организмов (цианобактерий) способности к фотосинтезу;

2) накопление кислорода сделало возможным появление аэробов и кислородного этапа энергетического обмена;

3) накопление кислорода обеспечило образование защитного озонового экрана и выход организмов на сушу;

4) кислородное окисление обеспечило эффективность обмена и появление многоклеточных организмов

——————

12. Установите соответствие между процессами обмена веществ и его видом.

ПРОЦЕСС

A) гликолиз

Б) образование 36 молекул АТФ

B) синтез иРНК на ДНК 

Г) образование ПВК Д) синтез белков

Е) расщепление питательных веществ

ВИД ОБМЕНА

1) энергетический 2) пластический

———————

 13. Установите соответствие между процессами, происходящими в разных видах обмена веществ, и видами обмена веществ: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ПРОЦЕССЫ

А) образование глюкозы 

Б) окислительное фосфорилирование

В) синтез белка в клетке

Г) фиксация неорганического углерода пятиуглеродным сахаром 

Д) окисление пировиноградной кислоты Е) распад белков на аминокислоты

ВИДЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

1) пластический 2) энергетический

——————-

14. Установите соответствие между процессами обмена веществ в организме и его видами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ПРОЦЕССЫ

А) синтез глюкозы в хлоропластах листьев растений Б) биосинтез белков

В) распад аминокислот в клетках Г) окисление жиров

Д) образование пировиноградной кислоты в процессе гликолиза

Е) образование НАДФ · Н

ВИДЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

1) пластический 2) энергетический

————————

 15. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания процесса биосинтеза белка в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1) Процесс происходит при наличии ферментов.

2) Центральная роль в процессе принадлежит молекулам РНК.

3) Процесс сопровождается синтезом АТФ.

4) Мономерами для образования молекул служат аминокислоты.

5) Сборка молекул белков осуществляется в лизосомах.