Порядок фотосинтеза егэ


Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

1

Установите правильную последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе.

1)  использование углекислого газа

2)  образование кислорода

3)  синтез углеводов

4)  синтез молекул АТФ

5)  возбуждение хлорофилла


2

Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза.

1)  Преобразование солнечной энергии в энергию АТФ.

2)  Возбуждение светом электронов хлорофилла.

3)  Фиксация углекислого газа.

4)  Образование крахмала.

5)  Использование энергии АТФ для синтеза глюкозы.


3

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


4

Установите последовательность этапов окисления молекул крахмала в ходе энергетического обмена.

1)  образование молекул ПВК (пировиноградной кислоты)

2)  расщепление молекул крахмала до дисахаридов

3)  образование углекислого газа и воды

4)  образование молекул глюкозы

Раздел: Общая биология. Метаболизм


5

Какова последовательность процессов энергетического обмена в клетке?:

1)  расщепление биополимеров до мономеров

2)  лизосома сливается с частицей пищи, содержащей белки, жиры и углеводы

3)  расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты и синтез двух молекул АТФ

4)  поступление пировиноградной кислоты (ПВК) в митохондрии

5)  окисление пировиноградной кислоты и синтез 36 молекул АТФ

Раздел: Общая биология. Метаболизм

Источник: Банк заданий ФИПИ

Пройти тестирование по этим заданиям

Типы питания

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ — пища)
— организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος
— иной + τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение + τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и
автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Типы питания живых организмов

Фотосинтез

Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в
энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Фотосинтез

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в
зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую
или светозащитную функции.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится
ион Mg.

Строение хлорофилла и гемоглобина

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества,
как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли
от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось
органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь
из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой)
и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют
более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты,
белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Строение хлоропласта

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон,
переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов,
тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

H2O —> H+ + OH

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

4OH —> 2H2O + O2

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H+) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а
электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы.
В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Световая фаза фотосинтеза - светозависимая фаза

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который
используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная
форма — НАДФ+ превращается в восстановленную — НАДФ∗H2.

Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

  • Свободный кислород O2 — в результате фотолиза воды
  • АТФ — универсальный источник энергии
  • НАДФ∗H2 — форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2
в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой
фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от
освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6.
В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы
требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза - светонезависимая фаза

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована
в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие
чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать
первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле
стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.

Озоновый слой

Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений. Итак, растения за счет фотосинтеза:

  • Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
  • Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
  • Растения поддерживают определенный процент содержания O2 в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
  • Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Дождевые леса Амазонии

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические
вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений
(железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится
к аэробам, для жизни им необходим кислород.

Хемосинтез у нитрифицирующих бактерий

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей.
Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены
растениями и служат удобрением.

Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:

  • Серобактерии — окисляют H2S —> S 0 —> (S+4O3)2- —> (S+6O4)2-
  • Железобактерии — окисляют Fe+2 —>Fe+3
  • Водородные бактерии — окисляют H2 —> H+12O
  • Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO2
Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают
почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых
растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

Клубеньковые бактерии

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Чем растения отличаются от других царств живой природы? Несмотря на то, что отличий масса, скорее всего, в первую очередь вы подумаете о фотосинтезе. Так что именно о фотосинтезе на ЕГЭ и ОГЭ мы сейчас и поговорим.

фотосинтез егэ

Фотосинтез на ЕГЭ и ОГЭ по биологии 2022 — это просто

Что такое фотосинтез?

Почему растения фотосинтезируют? Стандартный ответ: «Потому что они зеленые». 

На самом деле, растения получили способность к фотосинтезу благодаря наличию симбиотических органоидов — хлоропластов,  в которых и происходят темновая и световая фазы, а в хлоропластах содержится пигмент хлорофилл, именно он окрашивает растения в зеленый цвет. 

Фотосинтез — одна из реакций обмена веществ. Как любая реакция метаболизма, он идет поэтапно (световая и темновая фазы) и с участием ферментов. Фотосинтез относится к реакциям пластического обмена. Особенность пластического обмена в том, что органические вещества синтезируются, а энергия на это тратится. 

Фотосинтез — это синтез органических веществ из неорганических веществ с использованием энергии солнечного света.

Далее разберем подробно обе фазы и процессы, происходящие в них.

Как идет процесс фотосинтеза?

Световая фаза фотосинтеза для ЕГЭ и ОГЭ

Световая фаза проходит в хлоропластах на тилакоидах. Там хранится пигмент хлорофилл, с которого все начинается — именно из-за него растения имеют зеленую окраску. Квант света попадает на тилакоид и возбуждает молекулу хлорофилла. В этот момент инициируется процесс фотосинтеза. При этом выделяется энергия АТФ. 

Самые внимательные из вас могут заметить некоторую несостыковку. Почему выделяется? Это же реакция пластического обмена, а не энергетического, значит, энергия должна тратиться. Да, действительно при фотосинтезе выделяется АТФ, но она не накапливается и не тратится на другие реакции, как при энергетическом обмене, а вся уходит на фотосинтез. Поэтому это реакция анаболизма, хоть и с выделением АТФ. 

Параллельно идет фотолиз воды. 

Название процесса говорит само за себя: «фото» — свет, «лизис» — расщепление. Буквально переводится как расщепление воды на свету. Легко запомнить, что проходит фотолиз в световую фазу. 

На что же может распасться молекула воды? На свободный кислород и водород. У каждого из этих элементов свой путь. 

Кислород — это сильный окислитель, буквально смерть для любой неспециализированной клетки, поэтому растения быстро от него избавляются, выделяя в атмосферу как побочный продукт. А уже из атмосферы аэробные организмы (в том числе, растения) поглощают его и используют для дыхания. Так что нам повезло! Не было бы процесса фотосинтеза, не было бы кислорода и что было бы с жизнью на нашей планете представить сложно. 

Но помимо кислорода, выделяется еще водород, если бы он был человеком, мы бы сказали, что он растерян и нуждается в помощи. На помощь к нему приходит молекула-переносчик НАДФ (полное ее название —никотинамиддинуклеотидфосфат, но мы ласково зовем ее НАДФ). Она использует водород для восстановления до НАДФ*Н2. Задача этой молекулы переносить водород из тилакоидов в строму, поэтому мы называем ее молекула-переносчик. На этом световая фаза заканчивается.

Резюмируем

  • Квант света возбуждает молекулу хлорофилла
  • Инициируется процесс фотосинтеза
  • Выделяется АТФ
  • Фотолиз воды
  • Кислород выходит в окружающую среду как побочный продукт фотосинтеза
  • Водород соединяется с молекулой переносчиком НАДФ*

Темновая фаза фотосинтеза для ЕГЭ и ОГЭ

В некоторых источниках эту фазу еще называют светонезависимой фазой. Действительно, название «темновая стадия» часто вызывает затруднения. Кажется, что световая проходит на свету, а темновая тогда в темноте, но это не так. Для темновой фазы действительно не нужен свет, соответственно, у нее есть варианты — может  проходить и на свету, и в темноте. Она идет  практически параллельно со световой и в ней используются продукты, образовавшиеся в световой фазе. 

Для того чтобы фазы друг другу не мешали, они проходят в разных частях хлоропласта. Световая, как мы уже выяснили, идет на тилакоидах, а темновая в строме — это внутренняя полужидкая среда хлоропласта.

фотосинтез огэ

Фотосинтез на ОГЭ и ЕГЭ. Источник: открытый банк заданий ФИПИ

В строму приходят АТФ, молекула-переносчик приносит водород. Но из водорода и энергии ничего органического создать не получится, нужны еще элементы. Растения нашли гениальный выход, они используют вещество, которого достаточно в атмосфере, следовательно, за него нет конкуренции. Это вещество — углекислый газ. 

Дальше начинается очень сложный циклический процесс, который называется цикл Кальвина. Мы не будем слишком подробно его рассматривать, это не пригодится для государственных экзаменов, но именно в нем активно работают ферменты, и на него тратится энергия АТФ, полученная в световой фазе. В результате цикла Кальвина образуется шестиуглеродный сахар-глюкоза. Далее эта глюкоза может быть переработана в крахмал и откладываться растением как запасной углевод. 

Резюмируем

  • Фиксация СО2
  • Цикл Кальвина
  • Синтез глюкозы
  • Образование крахмала

Значение фотосинтеза

На Земле, пожалуй, практически не существует процессов, которые повлияли на эволюцию планеты так же сильно, как фотосинтез. Давайте разберем основные значения фотосинтеза:

  • Сформировалась атмосфера с высоким содержанием кислорода, пригодная для дыхания. Аэробные организмы, включая человека, проводят энергетический обмен с использованием кислорода и получают энергию для жизнедеятельности.
  • Возникновение озонового слоя. Вследствие фотосинтеза в атмосфере накопился кислород, что привело к появлению озонового экрана. Жизнь, которая до этого вынуждена была развиваться под водой, боясь ультрафиолета, смогла выйти на сушу и освоить ее.
  • Синтез органических веществ. Растения — автотрофные организмы, сами производят органические вещества, которые затем используют гетеротрофы. Вещества, которые образуют растения в процессе фотосинтеза, являются первичным источником веществ и энергии практически для всех живых организмов.

Примеры заданий на фотосинтез в ЕГЭ и ОГЭ по биологии

 Вопросы по фотосинтезу встречаются как в ЕГЭ, так и в ОГЭ. Причем, если для 9 класса достаточно знать что это такое и основные этапы, то для ЕГЭ необходимо понимание последовательности процессов. Кстати, актуальна эта тема для решения новых заданий по экспериментам (2 и 22 линии в ЕГЭ 2022).  

Задание на фотосинтез в ОГЭ по биологии

фотосинтез огэ

Задание на фотосинтез в ОГЭ по биологии. Источник: открытый банк ФИПИ

Решение. Типичный вопрос для первой части ОГЭ из открытого банка ФИПИ. Какие из этих процессов происходят во время фотосинтеза? Возбуждение молекул хлорофилла квантом света, расщепление (фотолиз) воды и образование глюкозы. 

Во время фотосинтеза, наоборот, выделяется кислород, как побочный продукт, и поглощается углекислый газ. А синтез белка вообще проходит на рибосомах.

Ответ. 123

Задание на фотосинтез в ЕГЭ по биологии

фотосинтез егэ

Задание на фотосинтез в ЕГЭ по биологии. Источник: демоверсии ФИПИ

Решение. Это задание из открытого варианта 2021 года (в 2021 эти варианты заменяли варианты досрочного ЕГЭ). Необходимо соотнести процессы и фазы. В световой фазе происходит возбуждение молекулы хлорофилла, фотолиз воды и образование энергии. В темновую фазу фиксируется углекислый газ и восстановление углерода водородом для синтеза глюкозы.

Ответ. 12212

Конечно, процесс фотосинтеза значительно сложнее, чем мы с вами разобрали. Да и на ОГЭ и ЕГЭ проверяют знание многих других тем. Чтобы сдать экзамен на высокий балл, надо знать анатомию, зоологию, генетику, микробиологию и даже психологию. При этом недостаточно только хорошо разбираться в основных темах. Надо уметь избегать ловушек экзаменаторов, вчитываться в формулировки заданий и оформлять ответы в четком соответствии с критериями. Поэтому необходимо готовиться к ОГЭ и ЕГЭ по биологии системно.

Экзамен по биологии — не шутка. Если вы хотите сдать его на 90+, записывайтесь на мои курсы подготовки к ОГЭ или ЕГЭ. Мы разберемся со всеми темами, которые спрашивают в 9 или 11 классе, научимся решать задания быстро и правильно, а также разберем основные лайфхаки, которые помогут вам не стрессовать. Я также проведу с вами пробный экзамен в формате реального ОГЭ или ЕГЭ, чтобы вы были готовы к любым неожиданностям. После мы разберем все ошибки и поймем, как избежать их в будущем. Приходите на мои занятия, и я помогу вам сдать ОГЭ или ЕГЭ на самый высокий балл!

Фотосинтез

1.      В световую
стадию фотосинтеза в клетке за счет энергии солнечного света происходит:

1.      Образуется
молекулярный кислород в результате разложения воды

2.      Происходит
синтез углеводов из углекислого газа и воды

3.      Происходит
полимеризация молекул глюкозы с образованием крахмала

4.      Осуществляется
синтез молекул АТФ

5.      Энергия
молекул АТФ расходуется на синтез углеводов

6.      Происходит
разложение воды на протоны и атомы водорода

2.      В темновую
фазу фотосинтеза в отличие от световой происходит:

1.      Фотолиз
воды

2.      Восстановление
СО2  до глюкозы

3.      Синтез
молекул АТФ за счет энергии солнечного света

4.      Соединение
водорода с переносчиком НАДФ+

5.      Использование
энергии молекул крахмала из глюкозы

3.      Установите
правильную последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе.

       1) использование углекислого
газа

             2)
образование кислорода

3)
синтез углеводов

4)
синтез молекул АТФ

       5) возбуждение хлорофилла

4. Установите
правильную последовательность процессов фотосинтеза.

1) Преобразование солнечной энергии в
энергию АТФ.

2) Возбуждение светом электронов
хлорофилла.

3) Фиксация углекислого газа.

4) Образование крахмала.

5) Использование энергии АТФ для синтеза
глюкозы.

5. 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

6. Установите
правильную последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе.

1) восстановление НАДФ+ до
НАДФ · 2Н

2) поглощение квантов света молекулами
хлорофилла

3) фиксация СО2

4) переход электронов в возбуждённое
состояние

5) синтез глюкозы

Ответы: 1)146 2)256 3)52413 4) 21354 5)
35412  6) 24135

Фотосинтез, его значение, космическая роль

Фотосинтезом называют процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений с участием хлорофилла.

В результате фотосинтеза образуется около 150 млрд тонн органического вещества и приблизительно 200 млрд тонн кислорода ежегодно. Этот процесс обеспечивает круговорот углерода в биосфере, не давая накапливаться углекислому газу и препятствуя тем самым возникновению парникового эффекта и перегреву Земли. Образующиеся в результате фотосинтеза органические вещества не расходуются другими организмами полностью, значительная их часть в течение миллионов лет образовала залежи полезных ископаемых (каменного и бурого угля, нефти). В последнее время в качестве топлива начали использовать также рапсовое масло («биодизель») и спирт, полученный из растительных остатков. Из кислорода под действием электрических разрядов образуется озон, который формирует озоновый экран, защищающий все живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей.

Наш соотечественник, выдающийся физиолог растений К. А. Тимирязев (1843–1920) назвал роль фотосинтеза «космической», поскольку он связывает Землю с Солнцем (космосом), обеспечивая приток энергии на планету.

Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь

В 1905 году английский физиолог растений Ф. Блэкмен обнаружил, что скорость фотосинтеза не может увеличиваться беспредельно, какой-то фактор ограничивает ее. На основании этого он выдвинул предположение о наличии двух фаз фотосинтеза: световой и темновой. При низкой интенсивности освещения скорость световых реакций возрастает пропорционально нарастанию силы света, и, кроме того, данные реакции не зависят от температуры, поскольку для их протекания не нужны ферменты. Световые реакции протекают на мембранах тилакоид.

Скорость темновых реакций, напротив, возрастает с повышением температуры, однако по достижении температурного порога в $30°С$ этот рост прекращается, что свидетельствует о ферментативном характере указанных превращений, происходящих в строме. Следует отметить, что свет также оказывает на темновые реакции определенное влияние, несмотря на то, что они называются темновыми.

Световая фаза фотосинтеза протекает на мембранах тилакоидов, несущих несколько типов белковых комплексов, основными из которых являются фотосистемы I и II, а также АТФсинтаза. В состав фотосистем входят пигментные комплексы, в которых, кроме хлорофилла, присутствуют и каротиноиды. Каротиноиды улавливают свет в тех областях спектра, в которых этого не делает хлорофилл, а также защищают хлорофилл от разрушения светом высокой интенсивности.

Кроме пигментных комплексов, фотосистемы включают и ряд белков-акцепторов электронов, которые последовательно передают друг другу электроны от молекул хлорофилла. Последовательность этих белков называется электронтранспортной цепью хлоропластов.

С фотосистемой II также ассоциирован специальный комплекс белков, который обеспечивает выделение кислорода в процессе фотосинтеза. Этот кислородвыделяющий комплекс содержит ионы марганца и хлора.

В световой фазе кванты света, или фотоны, попадающие на молекулы хлорофилла, расположенные на мембранах тилакоидов, переводят их в возбужденное состояние, характеризующееся более высокой энергией электронов. При этом возбужденные электроны от хлорофилла фотосистемы I передаются через цепь посредников на переносчик водорода НАДФ, присоединяющий при этом протоны водорода, всегда имеющиеся в водном растворе:

$НАДФ + 2e^{-} + 2H^{+} → НАДФН + Н^{+}$.

Восстановленный $НАДФН + Н^{+}$ будет впоследствии использован в темновой стадии. Электроны от хлорофилла фотосистемы II также передаются по электронтранспортной цепи, однако они заполняют «электронные дырки» хлорофилла фотосистемы I. Недостаток электронов в хлорофилле фотосистемы II заполняется за счет отнимания у молекул воды, которое происходит с участием уже упоминавшегося выше кислородвыделяющего комплекса. В результате разложения молекул воды, которое называется фотолизом, образуются протоны водорода и выделяется молекулярный кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза:

$H_2O → 2H^{+} + 2e^{-} + {1}/{2}O_2↑$.

Автотрофы и гетеротрофы

По способу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, а гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества.

Часть автотрофов может использовать для синтеза органических соединений энергию света — такие организмы называются фотоавтотрофами, они способны осуществлять фотосинтез. Фотоавтотрофами являются растения и часть бактерий. К ним тесно примыкают хемоавтотрофы, которые извлекают энергию путем окисления неорганических соединений в процессе хемосинтеза — это некоторые бактерии.

К гетеротрофам относятся как животные, так и грибы, бактерии и даже лишенные хлорофилла растения. Среди гетеротрофов имеются паразиты, сапротрофы, симбионты, хищники и т. д.

Паразиты — это организмы, использующие другие организмы (хозяев) в качестве среды обитания и источника питания. Характерными представителями этой группы гетеротрофов являются черви-паразиты кишечника человека — бычий цепень, острица и др.

Сапротрофами называют гетеротрофные организмы, осуществляющие питание органическими остатками. Они играют важную роль в круговороте веществ в природе, поскольку обеспечивают завершение существования органических веществ в природе, разлагая их до неорганических. Тем самым сапротрофы участвуют в процессах почвообразования, очистки вод и т. п. К сапротрофам относятся многие грибы и бактерии, а также некоторые растения и животные.

Симбионтами называют разноименные организмы, сосуществующие и взаимодействующие на различной основе. В широком смысле симбиозом называют не только взаимовыгодное сосуществование (мутуализм), как у человека с его бактериальной микрофлорой кишечника, но и негативное действие со стороны одного из партнеров — паразитизм.

Аэробы и анаэробы

По особенностям энергетического обмена организмы могут быть поделены на аэробов и анаэробов.

Аэробы способны жить и развиваться только при наличии в среде молекулярного кислорода, который они используют в качестве конечного акцептора электронов в процессе кислородного дыхания. К аэробам относится подавляющее большинство животных и грибов, все растения, а также значительная часть прокариот.

Анаэробы не используют кислород для осуществления процессов диссимиляции. Анаэробами являются некоторые животные (в основном внутренние паразиты), а также ряд бактерий. У животных-анаэробов функционирует главным образом гликолиз, а у бактерий — брожение, анаэробное (например, серное) дыхание и бескислородный фотосинтез. Наличие кислорода в среде не мешает развитию многих анаэробов.

Анаэробные организмы возникли раньше аэробных, так как в первичной атмосфере планеты не было кислорода. Его накопление связано с возникновением фотосинтеза, в связи с чем ряд организмов перешел к кислородному дыханию.

Фотосинтез

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

фотосинтез

Определение довольно простое, уравнение тоже суммарное. оно не описывает сам процесс — сложный и многоступенчатый.

В этой статье мы не будем разбирать все стадии, мы разберем только две основные фазы фотосинтеза — световую и темновую, а также основные процессы, которые происходят в это время в организме растения.

Световая фаза фотосинтеза.

Днем растения работают как солнечные батарейки — аккумулируют энергию света солнца:
● на мембранах тилакойдов хлоропластов молекулы хлорофилла поглощают (аккумулируют) свет,

строение-хлоропластов

● происходит синтез АТФ,

атф

● образуется НАДФ — кофермент.

Кофермент (коэнзим) — это биологический катализатор, но ферментом его назвать нельзя, т.к. у него не белковая природа, который ускоряет и направляет протекание окислительно-восстановительных процессов. Он понадобится на следующей — темновой фазе процесса .

●происходит расщепление (фотолиз) воды: 2H20 = 4H+ + 4e- + O2­.

растение выделяет кислород
.

Темновая фаза фотосинтеза.

Это уже фаза синтеза. Энергия, полученная в ходе световой фазы, идет на восстановление CO2 до молекулы глюкозы.

Этот процесс происходит уже в строме.

Общая схема фотосинтеза:

общая

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Фотосинтез» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам.
Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
08.03.2023

В средние века бельгийский естествоиспытатель Ян ван Гельмонт провел опыт. Он посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю.

У него получилось, что веточка ивы весит 2,5 кг, а земля 90,6 кг.

В течение пяти лет он поливал растение чистой дождевой водой.

Ученый взвесил иву через пять лет и обнаружил, что её вес увеличился на 74,2 кг, а вес земли уменьшился всего на 56,6 г.

Откуда растение добыло 74,2 кг своей массы?

Ян ван Гельмонт объяснил результат эксперимента исключительно поглощением воды.

Так возникла водная теория питания растений, которая в последующем была опровергнута.

Сегодня на уроке мы рассмотрим причину прибавления веса растений и увидим, почему Ян ван Гельмонт был неправ в своем выводе.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Михаил Васильевич Ломоносов — великий русский ученый, первый высказавший мысль о воздушном питании растений в 1761 г., однако экспериментальных данных у него не было.

Как отзывался о нем А.С.Пушкин, «Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец…»

Одна из его работ «Слово о влияниях воздушных от электрической силы происходящих». В ней М.В. Ломоносов указал, что «питание растениям составляет воздух, почерпаемый листьями».

В другой своей работе «Слово о слоях земных» он высказался о воздушном питании растений еще более определенно: «Откуда же новый сок сосны собирается и умножает их возраст, о том не будет спрашивать, кто знает, что многочисленные иглы нечувствительными скважинами почерпают в себя с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело».

«Нечувствительные скважины»- это ни что иное, как устьица, хорошо известные каждому из школьного учебника ботаники.

К сожалению, мысли, высказанные великим Ломоносовым, остались малоизвестными научным кругам.

Следующий ученый, который приблизил понимание сущности питания растений, стал английский ученый-химик Джозеф Пристли.

Джозеф Пристли решил понять, почему воздух полей и лесов чище городского.

Ученый предположил, что растения очищают воздух от тех вредных веществ, которые выделяют заводы и фабрики городов.

В его опытах мышь, накрытая стеклянным колпаком, погибала, но если мышь была под колпаком вместе с веткой мяты, то она оставалась живой.

И свеча под колпаком очень быстро погасала, в отличие от свечи, которая находилась под колпаком с растением.

Дж.Пристли установил тот факт, что растения способны «исправлять» воздух.

Однако то, что это «исправление» воздуха происходит лишь на свету, ускользнуло от его внимания, поэтому последующие подобные опыты его и других ученых давали противоречивые результаты.

Опыт Дж.Пристли:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Мысль, что растения очищают воздух, так понравилась народу, что началось массовое разведение цветов в помещениях, где находились больные.

При этом двери обычно держали плотно закрытыми, дабы «вредный» наружный воздух не мог проникнуть в комнату.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Голландский врач Ян Ингенхауз (1730–1799) усомнившись в правильности такого использования растений провел ряд экспериментов и показал, что зеленые растения выделяют кислород только на ярком свету.

В 1782 г. Жан Сенебье, швейцарский ученый, показал, что выделение кислорода происходит лишь в случае, если растение поглощает СО2.

Этот процесс он назвал углеродным питанием, в результате которого углерод накапливается в растениях.

Сенебье впервые дал правильное объяснение сущности газообмена растений.

Он же предложил термин «физиология растений» и в 1880 году написал первый учебник по этой дисциплине.

В 1804 г. Никола Теодор де Соссюр доказал необходимость воды в ходе питания растений. Ученый также установил, что растения, как и животные, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.

В 1817 г. химики Пьер Жозеф Пеллетье и Жозеф Бьенеме Каванту выделили из листьев зеленый пигмент и назвали его хлорофиллом (от греч. chloros- зеленый и phyllos- лист).

В 1865 г. Юлиус фон Сакс продемонстрировал, что в листьях на свету образуется крахмал и что он находится в хлоропластах («проба Сакса»).

В 1875 г. Климент Аркадьевич Тимирязев сформулировал учение о космической роли зеленого растения: «Лист- уникальный орган, в котором солнечная энергия улавливается и остается на Земле, трансформируясь в другие формы энергии; процесс подчиняется закону сохранения и превращения энергии; интенсивность ассимиляции СО2 максимальна при освещении листа красным светом, который в наибольшей степени поглощается хлорофиллом; хлорофилл служит фотосенсибилизатором, он непосредственно участвует в окислительно-восстановительных превращениях».

Вильгельм Пфеффер в 1877 году процесс образования растениями органических веществ на свету назвал «фотосинтезом».

Так постепенно складывались представления о фотосинтезе как о процессе, в ходе которого из углекислого газа и воды зеленые растения на свету образуют органические вещества и выделяют кислород.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Вывод: более 100 лет потребовалось, чтобы понять суть питания растений и назвать этот процесс фотосинтезом.

В ходе длительного коллективного труда нескольких поколений ученых было составлено простое суммарное уравнение фотосинтеза, хотя многое в этом процессе еще оставалось неясным.

Потребовалось еще столетие, чтобы приблизиться к пониманию сущности механизма перевода солнечной энергии в энергию химических связей.

Фототрофы- организмы, которые обеспечивают себя органическими веществами за счет процесса фотосинтеза. Соответственно, если они обеспечивают сами себя, то вправе называться автотрофами, точнее фотоавтотрофами.

Фотоавтотрофами являются большинство растений и некоторые бактерии.

Фотосинтез- процесс синтеза органических веществ из неорганических (воды и углекислого газа) с использованием энергии солнечного света.

Фотосинтез- это пример пластического обмена, так как идет процесс образования органических веществ.

Фотосинтез выражается следующим сумарным уранением:

6 СО2 + 6 Н2О = С6Н12О6 + 6 О2

Из уравнения фотосинтеза видно, что из простых веществ углекислого газа и воды в клетках растений образуется глюкоза.

Помимо глюкозы образуется и кислород, но он является побочным продуктом световой фазы фотосинтеза, зато необходим всем живым существам на Земле.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Результаты фотосинтеза вы можете прочувствовать на себе, когда употребляете в пищу фрукты и ощущаете их сладкий вкус. Этот вкус есть результат фотосинтеза в листьях растений, при котором образовавшаяся фруктоза или глюкоза постепенно накопилась в плодах.

Крахмал в клубнях картофеля тоже является результатом процесса фотосинтеза.

Поэтому чем крупнее листья картофеля, тем больше света они улавливают, следовательно больше образуется глюкозы, которая быстро преобразуется в крахмал.

При выращивании любого растения необходимо ухаживать за ним: соблюдать требования к освещению, удалять сорники, вовремя осуществлять полив и другие меры по уходу. Все это для того, чтобы процесс фотосинтеза шел интенсивно и растение могло активно накапливать органические вещества.

Вы можете услышать такое выражение, как «космическая роль растений».

Первым употребил это понятие русский ученый К.А.Тимирязев (1843-1920).

Он писал: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества».

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Только растения научились воспринимать солнечную энергию, преобразовывать ее в энергию химических связей органических молекул.

Таким образом, растения дают пищу почти всему остальному живому миру на Земле, а также кислород, который является обязательным участником окислительных реакций, необходимых для образования энергии в клетках живых существ.

Конечно, исходя из уравнения мы не можем понять механизма процесса фотосинтеза, поэтому в этом разделе кратко попытаемся объяснить этот сложный процесс, происходящий в каждой клетке зеленого растения.

Если обратится к теме строение растительной клетки, мы вспомним, что в клетках растений есть такой органоид, как хлоропласт.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В хлоропластах, а конкретно в тилакоидах, находится пигмент хлорофилл, именно ему принадлежит основная роль в фотосинтезе.

Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света и переходить в возбужденное состояние.

Процесс фотосинтеза включает две последовательные и взаимозависящие друг от друга фазы:

  • световая фаза фотосинтеза
  • темновая фаза фотосинтеза

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Световая фаза идет в гранах (тилакоидах) хлоропластов при обязательном участии солнечного света.

Молекула восстановленного хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны, которые необходимы для создания молекул АТФ.

Запомните эту схему:

444

Возмещение недостающих электронов в хлорофилле происходит благодаря распаду молекул воды.

Распад молекул воды называется фотолиз.

При фотолизе также происходит образование кислорода, который как побочный продукт реакции распада воды выходит в окружающую среду.

Атомный водород, который освобождается также при фотолизе воды, подхватывает переносчик водорода НАДФ+ и востанавливается до НАДФ·2Н.

В результате перемещений электронов и создания на мембране тилакоида градиента концентрации протонов происходит образование молекул АТФ из АДФ.

Суммарно это выглядит так:

Н2О + НАДФ++ 2 АДФ + 2 Фн = НАДФ·2Н + 2 АТФ + ½ О2­

Условие протекания данной реакции- воздействие энергии света на хлорофилл.

Как мы видим, в результате световой фазы фотосинтеза происходят три основных процесса:

  • синтез АТФ
  • создание НАДФ·2Н
  • образование свободного кислорода

То есть в реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в виде НАДФ·2Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.

Темновая фаза происходит в строме хлоропласта и протекает независимо от света, но с обязательным участием углекислого газа.

Углекислый газ попадает в растение через устьица.

Вспомним строение устьиц:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Далее углекислый газ претепевает ряд последовательных превращений, чтобы превратиться в глюкозу.

Для этих реакций требуется большое количество энергии, которая, как мы уже знаем, запаслась в световую фазу фотосинтеза.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина.

Следует отметить, что кроме молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование и других органических веществ, к примеру, аминокислот, спиртов.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу за счет энергии АТФ и НАДФ·2Н; далее глюкоза может запасаться в виде крахмала.

Опыт, доказывающий, что растениям необходим солнечный свет для фотосинтеза и результатом фотосинтеза являются углеводы:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Существуют и такие растения, которые далеко не сладкие, хотя в них также просходит процесс фотосинтеза. Почему одни сладкие, а в других нет сладкого вкуса?

Дело в том, что в листьях таких растений так же вырабатывается сахар, но из него в процессе метаболизма может образоваться крахмал и большое число других органических соединений, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов — все они не имеют сладкого привкуса.

Обобщающая таблица фазы фотосинтеза:

Признаки сравнения

Световая фаза

Темная фаза

Условия протекания реакций

Обязательно наличие солнечного света

Солнечный свет не обязателен, может идти днем и ночью

Место протекания реакций в хлорпластах

На мембранах тилакоидов (на граннах)

В строме хлоропластов

Источник энергии

Солнечный свет

Энергия АТФ, НАДФ·2Н

Исходные вещества

Вода, АДФ, Фн, НАДФ+

Углекислый газ, АТФ, НАДФ·2Н

Конечные продукты реакции

Кислород, АТФ, НАДФ·2Н

Глюкоза, АДФ, НАДФ+

Источником запуска процесса фотосинтеза является солнечный свет.

Свет представляет собой одновременно и волну, и частицу. Частица света называется фотоном.

Солнечный свет представляет собой смесь разных фотонов или, иными словами, совокупность волн разной длины.

Растения для процесса фотосинтеза используют лишь некоторую часть этих световых волн.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Фотосинтезирующие растения имеют специальные пигменты, которые поглощают кванты света.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Красные и синие световые волны поглощаются этими пигментами и дают энергию для процесса производства органических веществ.

Фотосинтез можно разделить на две фазы:

  • светозависимая фаза (световая)
  • светонезависимая фаза (темновая)

Для начала рассмотрим строение мембраны тилакоидов, на которых происходит световая фаза фотосинтеза.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Строение фотосистем:

  • светособирающий комплекс с молекулами хлорофилла (белки связывающие молекулы хлорофилла)
  • активный центр фотосистемы с белками и пигментами, в глубине активного центра у фотосистемы 2 находится пара молекул хлорофилла Р680 (рекреационный центр), у фотосистемы 1 пара молекул хлорофилла Р700

Белки- переносчики электронов:

  1. пластохинон
  2. цитохром-b6f-комплекс
  3. пластоцианин
  4. ферредоксин
  5. ферредоксин-НАДФ-редуктаза

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Светособирающий комплекс еще называют светособирающие антенны, потому что пигменты, расположенные в них, способны поглощать солнечный свет.

У высших растений выделяют следующие пигменты:

  • хлорофиллы
  • каротиноиды

Класс пигментов

Цвет

Распространение

Хлорофилл а

желто-зелёный

не встречаются у бактерий, у остальных фототрофов есть

Хлорофилл b

сине-зеленый

у высших растений и зеленых водорослей

Хлорофилл с

зеленый

у бурых водорослей и некоторых одноклеточных водорослей

Каротиноиды

оранжевый, желтый

у всех фотосинтезирующих организмов, кроме бактерий. Они придают окраску цветкам и плодам растений

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Световая фаза фотосинтеза:

  • фотоны света ударяют в молекулы хлорофилла, которые находятся в фотосистеме 2
  • хлорофилл переходит в возбужденное состояние и создается энергия резонанса, которая передается соседним молекулам хлорофилла
  • далее эта энергия достигает рекреационного центра Р680 и выбивает электрон с молекулы хлорофилла, а другой фотон точно таким же путем выбивает еще одни электрон
  • рядом с хлорофиллом Р680   располагается пластохинон— переносчик электронов, он захватывает сразу два электрона, которые высвободились из хлорофилла Р680, а также захватывает и два протона из стромы хлоропласта
  • далее пластохинон переносит электронык цитохром-b6f-комплексу
  • в этот момент два протона высвобождаются в пространство между двумя мембранами хлоропласта (люмен)
  • в цитохром-b6f-комплексе также идет захват протонов и дальнейшее их высвобождение
  • далее электроны захватываются пластоцианином
  • с пластоцианина электроны уходят в фотосистему 1
  • два недостающих электрона фотосистемы 2 возмещаются благодаря фотолизу воды, при котором высвобождаются протоны для создания протонного градиента, как в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях
  • фотолиз воды- процесс распада воды под действием солнечного света, он происходит на внутренней поверхности мембраны тилакоида
  • при фотолизе двух молекул воды образуется одна молекула кислорода

2 Н2О — 4е = 4 Н+2

Отданные водой электроны идут на восстановление израсходованных хлорофиллом электронов при образовании АТФ из АДФ. Таким образом получается восстановленный хлорофилл. Образованный в этой реакции кислород выделяется в атмосферу.

  • проходя по электрон- транспортной цепи, энергия возбужденных электронов используется для перекачивания протонов из стромы хлоропласта во внутритилакоидное пространство, что создает протонный градиент
  • протонный градиент сообщает энергию АТФ-синтазе для фосфорилирования АДФ в АТФ
  • в фотосистеме 1 также происходит возбуждение хлорофилла P700 фотонами света, как и в фотосистеме 2 (они поглощают свет только длиной волны 680 и 700 нм)
  • возбужденные электроны уходят на ферредоксин
  • ферредоксин переносит электроны на ферредоксин-НАДФ-редуктазу
  • после этого переноса электронов синтезируется НАДФ⋅2Н

Следует отметить, что фотоны света попадают на фотосистемы 1 и фотосистемы 2 одновременно.

Образовавшиеся НАДФ⋅2Н и АТФ поступают в строму хлоропласта, где активно используются для темновой фазы фотосинтеза.

Схема движения электронов:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Вывод:

Световая фаза фотосинтеза необходима для накопления энергии в виде молекул АТФ и НАДФ⋅2Н. Эти молекулы идут на образование глюкозы в темновой фазе, а кислород является лишь побочным продуктом распада молекул воды.

Темновая фаза фотосинтеза

Для темновой фазы фотосинтеза обязательными компонентами являются АТФ и НАДФ⋅2Н, углекислый газ (из атмосферы) и вода.

Она не зависит от света, и протекает одновременно со световой фазой фотосинтеза, а также и в темное время суток.

Более точное название этой стадии: углеродные циклы при фотосинтезе.

Эта фаза происходит в строме хлоропласта.

В темновой фазе с участием АТФ и НАДФ⋅2Н происходит образование фосфоглицеринового альдегида. Эта молекула может использоваться в дальнейшем для образования глюкозы, фруктозы и других углеводов.

Эти реакции восстановления углекислого газа называют циклом Кальвина.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В цикле Кальвина достаточно много участников, но стоит отметить наиболее важные фазы этого цикла:

  • первая фаза— это фиксация углекислого газа или фаза карбоксилирования

Здесь происходит введение углекислого газа в цикл и присоединение его к рибулозодифосфату.

Образующееся при этом непрочное шестиуглеродное соединение распадается с образованием двух молекул фосфоглицериновой кислоты (С3 продукт).

Такой тип фотосинтеза называется С3-фотосинтез, так как фосфоглицериновая кислота состоит из трех углеродов.

  • вторая фаза цикла- восстановительная

В эту фазу происходит восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеринового альдегида, с помощью восстановителей НАДФ⋅2Н и молекул АТФ, которые были накоплены в световую фазу фотосинтеза.

Две молекулы фосфоглицеринового альдегида в результате реакций, обратных гликолизу, превращаются в молекулу глюкозы или другие молекулы углеводов.

Другая часть фосфоглицеринового альдегида в результате ряда превращений дает исходное количество рибулозодифосфата.

Таким образом, происходит циклический процесс превращения веществ. В каждый оборот такого цикла вовлекается 6 молекул CO2 и образуется одна молекула глюкозы.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Избыток глюкозы может запасаться в виде крахмала, таким образом растение накапливает энергию в виде органических соединений, образованных в ходе фотосинтеза.

Только небольшая часть образовавшихся органических веществ остается в листе и используется для его нужд.

Остальные же углеводы путешествуют по ситовидным трубкам флоэмы по всему растению и поступают именно туда, где больше всего нужна энергия, например, в точки роста.

Вывод: темновая фаза фотосинтеза необходима для образования углеводов за счет циклического восстановления углекислого газа, с использованием энергии в виде АТФ и НАДФ⋅2Н

В процессе эволюции у растений различных природных зон выработалось несколько типов фотосинтеза — все это результат адаптации к условиям обитания.

Как уже говорилось выше, в ходе темновой фазы у большинства растений в реакциях цикла Кальвина образуются две молекулы трехуглеродного соединения (3-фосфоглицериновой кислоты), поэтому этот фотосинтез называют С3- фотосинтез (по количеству атомов углерода в исходном продукте).

Мы помним, что для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 оборотов цикла Кальвина, в которых расходуется 12 НАДФ•2Н и 18 АТФ.

Растения, в которых протекает этот вид фотосинтеза, называются С3- растения.

К этому типу относится большинство растений, которые мы знаем (пшеница, картофель, томаты, дуб, береза и многие другие).

В 1966 году была опубликована статья Маршала Дэвидсона Хэтча (австралийский биохимик) и Чарльза Роджера Слэка (британский биохимик), в которой они систематизировали и описали новый биохимический путь фотосинтеза, принципиально отличающийся от цикла Кальвина. Новый цикл получил их имена и стал называться циклом Хэтча- Слэка или С4- фотосинтез.

Он может протекать при очень высоких температурах, поэтому наиболее характерен для тропических и субтропических растений (сахарный тростник, сорго) или для растений средних широт, но обитающих в солнечных местах (большинство трав, в том числе сорняки, кукуруза, некоторые злаки).

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Другой крайностью является то, что растения с этим типом фотосинтеза могут существовать и в холодном климате, и на больших высотах в горах, он позволяет им выживать при температурах – 20 градусов Цельсия и ниже.

Стоит отметить, что среди С4- растений нет деревьев.

Один из кустарников, произрастающих в Долине Смерти (США, штат Калифорния) при температуре воздуха +47 градусов Цельсия имел максимальную интенсивность процессов фотосинтеза! Согласитесь, при таких условиях С3- растения давно бы погибли.

Из-за высоких температур растения с С4- фотосинтезом длительно держат устьица закрытыми, чтобы не терять влагу, но закрытые устьица препятствует поступлению углекислого газа в лист, поэтому у них сформировалось особое строение листа с обкладочными хлоропластами, которое способствует накоплению углекислого газа в больших объемах, в отличие от С3- растений.

Обкладочные хлоропласты— это особый вид очень плотных хлоропластов почти без тилакоидов, наполненных крахмалом и располагаются они вокруг сосудистых пучков.

Было давно замечено, что эти растения усваивают СОнамного лучше, чем С3- растения.

Если вы поместите под непроницаемую пленку, к примеру, молодое растение кукурузы (С4- растение) рядом с молодым растением пшеницы (С3- растение), то С4- растение скорее всего погубит С3- собрата, так как отберет у него почти весь углекислый газ.

Поэтому при посадке растений обязательно необходимо знать какой тип фотосинтеза идет в нем, чтобы одно растение не нанесло вреда другому.

В ходе реакций цикла Хэтча- Слэка образуется не трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, как у большинства растений с обычным C3- фотосинтезом, а четырёхуглеродная щавелевоуксусная кислота.

Образовавшаяся щавелевоуксусная кислота превращается в яблочную, которая поступает в обкладочные хлоропласты, где сразу расщепляется с выделением СО2.

Для образования одной молекулы глюкозы С4- растениям требуется 30 молекул АТФ.

Заметьте, что потребление АТФ у С4- растений намного превышает энергетические затраты С3- растений.

Справедливости ради стоит отметить, что существуют и переходные типы фотосинтеза, совмещающие в себе как С3 так и С4 пути.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Значение фотосинтеза:

  • фотосинтез является основным источником органического вещества на Земле, то есть обеспечивает живые организмы веществом и энергией
  • служит источником кислорода, составляющего 20% атмосферы Земли; весь атмосферный кислород образовался в результате фотосинтеза
  • кислород участвует в образовании озонового слоя, который защищает живые организмы
  • при разложении растений после гибели образуется почва, богатая минеральными веществами, которые новые растения могут опять использовать

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Хемосинтез— это также способ автотрофного питания.

Хемосинтез— это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счёт энергии, освобождающейся при окислении неорганических соединений.

К организмам, осуществляющим хемосинтез, относятся только некоторые бактерии и археи.

Озеро Утренней славы в США меняет цвет воды, благодаря бактериям- хемосинтетикам, которые нашли себе в нем «уютный дом»:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Эти бактерии захватывают вещества. Далее происходит их окисление, при чем выделяется энергия, которая используется на синтез сложных органических молекул из СО2 и Н2О.

Явление хемосинтеза было открыто в 1887г. русским ученым С.Н.Виноградским.

Процесс хемосинтеза, при котором из СО2 образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза. Только используется АТФ, полученный не из солнечной энергии, а из энергии химических связей неорганического вещества (при окислении серы, железа, аммиака и т.п.).

Благодаря жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков в природе накапливаются большие запасы селитры и болотной руды.

Группы хемосинтетиков:

  • серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты
  • железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного и используют освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа
  • нитрифицирующие обитают в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты, а затем до азотной кислоты, которая ими хорошо усваивается, — в результате повышается урожайность растений

Значение хемосинтетиков:

  • участвуют в круговороте серы, азота, железа и других веществ в природе
  • уничтожают в природе ядовитые вещества: аммиак и сероводород
  • обогащают почву азотом, необходимыми для активного роста растений
  • разрушают горные породы
  • способствуют образованию руды
  • из них получают кормовой белок

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Читайте также

Like this post? Please share to your friends:
  • Порядок сдачи экзамена на права категории е
  • Порядок сдачи экзамена на категорию а при наличии категории в
  • Порядок сдачи экзамена на арбитражного управляющего
  • Порядок сдачи экзамена на автодроме
  • Порядок сдачи экзамена вождения в гаи