Забить и найти эксперта по БИОЛОГИИ
Анжелика Ивановна Иванова
Эксперт по предмету Биология
Преподавательский стаж — 8 лет
Фотолиз воды – это процесс распада молекулы воды в световой фазе фотосинтеза.
Привет, мой дорогой читатель! Представляю твоему вниманию серию статей про свет для растений. В первой статье разберем подробнее, как происходит поглощение энергии света. Знание об этом процессе позволит на более тонком уровне понимать природу растений.
Итак, приступим. Свет — один из фундаментальных факторов, без которого растение не сможет фотосинтезировать, и, следовательно, развиваться и расти.
Фотосинтез — это процесс образования органических веществ при участии энергии света (происходит восстановление углекислого газа до глюкозы). Органические вещества — это вещества, которые содержат в себе углерод (C) и являются основой всего живого.
Для этого процесса растительные клетки используют специальные двумембранные органеллы — хлоропласты. В них и протекает весь процесс фотосинтеза.
Фотосинтез делится на светозависимую и светонезависимую фазы, обе из которых важны для растения.
Что такое фотосинтез
Этот процесс имеет решающее значение для выживания растений и служит источником кислорода, которым мы дышим. В этой статье разбираем, что такое фотосинтез, как он устроен и работает, на какие фазы делится, и причем здесь осенние листопады.
С детства нас учат любить и беречь природу. И конечно же, упоминают о том значении флоры в обеспечении Земли кислородом, которым мы дышим. Деревья и травы поглощают углекислый газ и дают человечеству возможность дышать! Это напоминает магию, придумку умелого сказочника.
Так, наверное, и подумал бельгийский ученый Ян Ван Гельмонт в далеком 1600 году, когда проводил один эксперимент. Он поместил ветку ивы, вес которой предварительно измерил, в мешок с 80 кг почвы и поливал ее дождевой водой в течение пяти лет. По окончании эксперимента масса ивы увеличилась на 65 кг, а масса почвы уменьшилась всего на 50 г. Наблюдение Ван Хелмонда дало больше вопросов, чем ответов, но все равно имело большое значение, поскольку свидетельствовало о том, что ива не набирает массу из почвы, в которой растет. Это действительно похоже на волшебство.
Однако куда больше поражает сознание то, что никакого чуда в этом нет – а лишь один примечательный биохимический процесс, который происходит буквально перед нами. Фотосинтез.
Химические основы фотолиза воды
Все фотосинтетические пигменты делятся на:
- Пигменты поглощающие свет
- Пигменты передающие электроны
Пигменты поглощают свет и преобразуют его из солнечной энергии в химическую. Пигменты локализованы в мембранах хлоропластов.
Хлорофилл и фотосинтез
Хлорофилл содержится внутри хлоропластов на мембранах тилакоидов. Растение имеет зеленую окраску именно благодаря хлорофиллу. По своему химическому строению хлорофилл достаточно близок к гемоглобину крови. Его основой также является порфириновое кольцо, в центре которого находится магний. Хлорофилл может поглощать энергию солнечного света при этом переходя в возбужденное состояние.
Фотолиз воды при фотосинтезе
Хлорофилл a представляет собой единственный пигмент, который имеет центральное значение в фотосинтезе.
Процесс фотосинтеза включает в себя две фазы:
Световая фаза фотосинтеза
Световая фаза фотосинтеза базируется на том, что в хлоропластах содержится большое количество молекул хлорофилла. Но при этом процесс происходит в 1 % молекулы хлорофилла. Другие молекулы образуют антенные светособирающие комплексы. Они поглощают кванты света и передают возбуждение в реакционные центры. Такие центры представлены в фотосистеме I и фотосистеме II. В них имеются особые молекулы хлорофилла: соответственно, в фотосистеме II — P680, а в фотосистеме I — P700. Они поглощают свет именно такой длины волны (680 и 700 нм). Молекулы хлорофилла обеих фотосистем поглощают кванты света. При этом один электрон каждой из фотосистем переходит на более высокий энергетический уровень.
В возбужденном состоянии все электроны обладают очень высокой степенью энергии. Они отрываются и транслируются в особенную сеть переносчиков на мембраны тилакоидов. При этом молекулы НАДФ+, превращая их в восстановленный НАДФ. Этот процесс заключается в преобразовании энергии света в энергию восстановленного переносчика. На месте молекул хлорофилла при этом образуется пространство с положительным зарядом.
Роль фотосистемы I и II
Роль фотосистемы I заключается в восполнении потери электронов через систему переносчиков электронов фотосистемы II. Фотосистема II, в свою очередь забирает электрон у воды, запуская ее фотолиз.
Фотолиз воды – это процесс распада молекулы воды, который происходит под действием солнечного света. При этом в атмосферу выделяется большое количество кислорода, который рассеивается в ней.
Протоны водорода, которые образуются при фотолизе воды переносятся в полость тилакоида. Там накапливается достаточно большой избыток ионов водорода, что приводит к созданию на мембране тилакоида крутого градиента концентрации накопленных ионов. Он используется ферментом АТФ-синтетазой для синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Также происходит перенос ионов водорода сквозь мембрану с образованием НАДФ*Н.
Таким образом, энергия света запасается именно в световой фазе в виде восстановленного переносчика НАДФ*Н и макроэргического соединения АТФ. Роль световой фазы фотосинтеза можно выразить в следующих тенденциях.
Фотосинтез: процесс, наполненный энергией
Темновая фаза:
Темновая фаза фотосинтеза характеризуется участием АТФ и НАДФ. В этом процессе происходит восстановление глюкозы. Свет для этого процесса не требуется, однако он участвует в регуляции этапов.
Когда растение поглощает углекислый газ, устьица покровной ткани открываются, и газ свободно поступает внутрь листа. Кислород растворяется в воде и восстанавливается до глюкозы с помощью НАДФ и АТФ.
Избыток глюкозы откладывается в виде крахмала – запасного питательного вещества, где накапливается энергия. Только часть этого запаса остается в листе, обеспечивая его нужды, остальные углеводы путешествуют по растению через ситовидные трубки.
Световая фаза фотосинтеза
Световая фаза фотосинтеза – первая стадия, которая происходит в хлоропласте.
Абсорбция света: Хлорофилл поглощает свет, возбуждается и выделяет электрон.
Передача электронов: Этот электрон передается между фотосистемами, которые используют его энергию для восстановления NADP до NADPH.
Синтез АТФ: Энергия, высвобождаемая в процессе передачи электронов, активизирует фермент АТФ-синтазу, который способствует синтезу АТФ – основного источника энергии для клетки.
Фотолиз: В световой фазе происходит фотолиз воды, в результате которого образуется кислород и протоны водорода. Кислород попадает в атмосферу, а протоны накапливаются для дальнейшего использования.
Пластиды и фотосинтез
Виды пластидов и их структура
Пластиды бывают трех видов:
- Хлоропласты: Основной органоид, где происходит процесс фотосинтеза.
- Лейкопласты: Ответственны за синтез нерастворимых в воде веществ.
- Хромопласты: Пигментные пластиды, отвечающие за окраску клеток.
Хлоропласты покрыты двумя мембранами – внешней и внутренней. Граны – стопки коротких тилакоидов – увеличивают площадь внутренней мембраны, где проходит ферментация фотосинтеза. В строме (внутренняя среда хлоропласта) содержится ДНК и рибосомы.
В процессе фотосинтеза в зеленых листьях на свету с участием хлорофилла из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза и кислород. Этот процесс является основным источником кислорода на Земле.
Фотосинтез и его процессы
Фотосинтез – это процесс, благодаря которому растения преобразуют световую энергию в химическую энергию, которая используется для жизнедеятельности растения. Проведем обзор основных этапов фотосинтеза.
Световая фаза
Квант света попадает на хлорофилл. Хлорофилл возбуждается, его электрон отрывается и по электронотранспортной цепи (ЭТЦ) передается на переносчик НАДФ.
Чтобы вернуть хлорофиллу электрон, происходит фотолиз (разложение воды) до.
Пока электрон идёт по электронотранспортной цепи, ЭТЦ забирает у электрона энергию и тратит её на закачку протонов внутрь тилакоида. Таким образом, внутри тилакоида накапливается положительный заряд (протоны, закачанные ЭТЦ и протоны, полученные при фотолизе).
Протоны, накопившиеся внутри тилакоида, выходят в строму через встроенный в мембрану тилакоида белок-канал протонную АТФ-синтазу. Движение протонов – это электрический ток, за счет него АТФ-синтаза вырабатывает АТФ (фотофосфорилирование).
Темновая фаза
Происходит в строме хлоропластов. Из углекислого газа, полученного из окружающей среды, за счет энергии АТФ и НАДФ-Н, полученных в световой фазе, синтезируется глюкоза.
Название темновая обманчивое. Непосредственно для реакций темновой фазы свет не нужен, но для них нужны продукты световой фазы – АТФ и НАДФ-Н, поэтому в темноте (без световой фазы) темновая фаза идти не может.
Дополнительные материалы
Задания части 1
СУПЕР-ВТОРЫ
Экспериментатор поместил в воду с освещенным аквариумным растением элодея 1 г гидрокарбоната натрия (пищевой соды). Как изменились:
- А) кислотность раствора
- Б) количество выделяемого элодеей кислорода
- В) количество выделяемого элодеей углекислого газа
Экспериментатор освещал закрытый прозрачный сосуд с растениями элодеи настольной лампой в течение 30 минут. Как изменятся концентрации:
- А) кислорода
- Б) углекислого газа
- В) азота
Экспериментатор исследовал жизнедеятельность комнатного растения бегонии в разных условиях. Как изменятся спустя сутки у растения:
- А) интенсивность дыхания
- Б) активность ферментов световой фазы
- В) активность ферментов темновой фазы
Исследователь поместил растения овса в герметичную освещенную камеру и повысил в ней концентрацию углекислого газа. Как спустя час у растений изменится:
- А) интенсивность дыхания
- Б) интенсивность фотосинтеза
- В) содержание кислорода в камере
ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2 ЕГЭ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
5. В эксперименте исследователь определял зависимость фотосинтеза у пшеницы от содержания газов в атмосфере. Как изменится интенсивность фотосинтеза при повышении на 1% концентрации: А) углекислого газа; Б) азота;
В) кислорода? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения: (1) увеличится, (2) уменьшится, (3) не изменится. Цифры в ответе могут повторяться.
6. Экспериментатор поместил зеленые проростки овса в темную камеру. Как спустя неделю у растений изменится: А) содержание хлорофилла в клетках листа; Б) содержание крахмала в клетках листа;
В) длина проростка? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения: (1) увеличится, (2) уменьшится, (3) не изменится. Цифры в ответе могут повторяться.
ХЛОРОПЛАСТ 1. Выберите три особенности строения и функций хлоропластов 1) внутренние мембраны образуют кристы2) многие реакции протекают в гранах3) в них происходит синтез глюкозы4) являются местом синтеза липидов5) состоят из двух разных частиц6) двумембранные органоиды
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В хлоропластах растительных клеток происходят следующие процессы: 1) гидролиз полисахаридов 2) расщепление пировиноградной кислоты 3) фотолиз воды 4) расщепление жиров до жирных кислот и глицерина 5) синтез углеводов 6) синтез АТФ
Установите соответствие между процессами и структурами, в которых они происходят. Запишите цифры 1-4 в порядке, соответствующем буквам. А) световая фаза Б) темновая фаза В) запасание полисахаридов Г) репликация ДНК Д) синтез АТФ Е) выделение кислорода
ХЛОРОПЛАСТЫ КРОМЕ 1. Перечисленные ниже термины, кроме двух, используются для описания пластид. Определите два термина, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. 1) пигмент 2) гликокаликс 3) грана 4) криста 5) тилакоид
2. Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания строения и функций хлоропласта. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) является двумембранным органоидом 2) имеет собственную замкнутую молекулу ДНК 3) является полуавтономным органоидом 4) формирует веретено деления 5) заполнен клеточным соком с сахарозой
СТРОМА – ТИЛАКОИД Установите соответствие между процессами и их локализацией в хлоропластах: 1) строма, 2) тилакоид. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) использование АТФ Б) фотолиз воды В) возбуждение хлорофилла Г) образование пентозы Д) перенос электронов по цепи ферментов
Перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания строения и функций изображенного органоида клетки. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) расщепляет биополимеры на мономеры2) накапливает молекулы АТФ3) обеспечивает фотосинтез4) относится к двумембранным органоидам5) обладает полуавтономностью
СВЕТОВАЯ 1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В световую фазу фотосинтеза в клетке 1) образуется кислород в результате разложения молекул воды2) происходит синтез углеводов из углекислого газа и воды3) происходит полимеризация молекул глюкозы с образованием крахмала4) осуществляется синтез молекул АТФ5) энергия молекул АТФ расходуется на синтез углеводов
2. Определите три верных утверждения из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В световую фазу фотосинтеза происходит 1) фотолиз воды2) восстановление углекислого газа до глюкозы3) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света4) соединение водорода с переносчиком НАДФ+5) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов
СВЕТОВАЯ КРОМЕ 1. Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения процессов световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) фотолиз воды2) восстановление углекислого газа до глюкозы3) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света4) образование молекулярного кислорода5) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) образуется побочный продукт – кислород2) происходит в строме хлоропласта3) связывание углекислого газа4) синтез АТФ5) фотолиз воды
3. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания световой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) выделяется энергия при разложении воды 2) образуются молекулы АТФ 3) формируется глюкоза 4) выделяется кислород 5) происходит в тилакоидах
СВЕТОВАЯ КРОМЕ РИС Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображённой на рисунке стадии фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. В этой стадии 1) происходит синтез глюкозы 2) начинается цикл Кальвина 3) синтезируется АТФ 4) происходит фотолиз воды 5) водород соединяется с НАДФ
СВЕТОВАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬУстановите последовательность процессов в световой фазе фотосинтеза. Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) поглощение хлорофиллом квантов света 2) синтез молекул АТФ за счёт освобождаемой энергии 3) участие электрона в окислительно-восстановительных реакциях и освобождение энергии 4) возбуждение молекулы хлорофилла под влиянием энергии солнечного света
ТЕМНОВАЯ 1. Выберите три варианта. Темновая фаза фотосинтеза характеризуется 1) протеканием процессов на внутренних мембранах хлоропластов2) синтезом глюкозы3) фиксацией углекислого газа4) протеканием процессов в строме хлоропластов5) наличием фотолиза воды6) образованием АТФ
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже признаков можно использовать для описания темновой фазы фотосинтеза? 1) протекает на свету и в темноте 2) протекает только в темноте 3) образуется глюкоза 4) образуется АТФ 5) образуется НАДФН 6) молекулы углекислого газа связываются с органическими молекулами
ТЕМНОВАЯ КРОМЕ 1. Перечисленные ниже понятия, кроме двух, используются для описания темновой фазы фотосинтеза. Определите два понятия, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) фиксация углекислого газа 2) фотолиз 3) окисление НАДФ·2Н 4) грана 5) строма
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания темновой фазы фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) образование кислорода 2) фиксация углекислого газа 3) использование энергии АТФ 4) синтез глюкозы 5) возбуждение хлорофилла
СВЕТОВАЯ – ТЕМНОВАЯ 1. Установите соответствие между процессом фотосинтеза и фазой, в которой он происходит: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке. А) образование молекул НАДФ-2НБ) выделение кислородаВ) синтез моносахаридаГ) синтез молекул АТФД) присоединение углекислого газа к углеводу
2. Установите соответствие между характеристикой и фазой фотосинтеза: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке. А) фотолиз водыБ) фиксация углекислого газаВ) расщепление молекул АТФГ) возбуждение хлорофилла квантами светаД) синтез глюкозы
3. Установите соответствие между процессом фотосинтеза и фазой, в которой он происходит: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в правильной последовательности. А) образование молекул НАДФ*2НБ) выделение кислородаВ) синтез глюкозыГ) синтез молекул АТФД) восстановление углекислого газа
4. Установите соответствие между процессами и фазой фотосинтеза: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) полимеризация глюкозыБ) связывание углекислого газаВ) синтез АТФГ) фотолиз водыД) образование атомов водородаЕ) синтез глюкозы
5. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и их характеристиками: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) осуществляется фотолиз водыБ) образуется АТФВ) кислород выделяется в атмосферуГ) протекает с затратами энергии АТФД) реакции могут протекать как на свету, так и в темноте
6сб. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и их характеристиками: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) восстановление НАДФ+ Б) транспорт ионов водорода через мембрану В) протекает в гранах хлоропластов Г) синтезируются молекулы углеводов Д) электроны хлорофилла перемещаются на более высокий энергетический уровень Е) расходуется энергия АТФ
7сб. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и их характеристиками: 1) световая, 2) темновая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) перемещение возбужденных электронов Б) образуется молекулярный кислород В) процессы происходят в строме хлоропласта
Г) фиксация неорганического углерода
Д) циклические реакции
Е) соединение водорода с переносчиком НАДФ+
8сб. Установите соответствие между процессами и стадиями фотосинтеза: 1) темновая, 2) световая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) восстановление углерода
Б) окисление НАДФ·Н
В) возбуждение электрона в молекуле хлорофилла
Г) расщепление молекул воды
Д) присоединение углекислого газа к органическим веществам
Б) преобразование НАДФ-2Р в НАДФ+
СВЕТОВАЯ-ТЕМНОВАЯ РИС. 1. Установите соответствие между процессами и стадиями фотосинтеза, отмеченными на рисунке цифрами 1 и 2. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) фиксация углекислого газа Б) окисление НАДФ-Н В) фотофосфорилирование Г) выделение свободного кислорода Д) цикл Кальвина Е) возбуждение молекул хлорофилла
2. Установите соответствие между процессами и стадиями фотосинтеза, обозначенными цифрами 1, 2 на схеме выше. Запишите цифры 1-2 в порядке, соответствующем буквам. А) возбуждение электронов светом Б) формирование молекулы глюкозы В) фотолиз воды Г) восстановление углеводов Д) присоединение углекислого газа к сахарам Е) восстановление переносчиков водорода
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ 1. Установите правильную последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе. Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. 1) Использование углекислого газа2) Образование кислорода3) Синтез углеводов4) Синтез молекул АТФ5) Возбуждение хлорофилла
2. Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза. 1) преобразование солнечной энергии в энергию АТФ 2) образование возбуждённых электронов хлорофилла 3) фиксация углекислого газа 4) образование крахмала 5) преобразование энергии АТФ в энергию глюкозы
3. Установите последовательность процессов, протекающих при фотосинтезе. Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) фиксация углекислого газа 2) расщепление АТФ и выделение энергии 3) синтез глюкозы 4) синтез молекул АТФ 5) возбуждение хлорофилла
4. Установите последовательность процессов фотосинтеза. Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) возбуждение хлорофилла 2) накопление глюкозы 3) освобождение переносчика НАДФ+ 4) синтез АТФ 5) фиксация углекислого газа
5. Установите последовательность этапов фотосинтеза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр. 1) синтез АТФ 2) возбуждение молекул хлорофилла 3) создание протонного градиента 4) фиксация молекулы углекислого газа 5) окисление переносчика электронов НАДФН
6. Установите последовательность этапов фотосинтеза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр. 1) фотолиз воды 2) действие квантов света 3) фиксация неорганического углерода 4) образование НАДФ*2Н 5) синтез глюкозы 6) распад молекул АТФ
7. Установите последовательность процессов, происходящих при фотосинтезе. Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) присоединение углекислого газа к рибулозе 2) транспорт электронов по переносчикам 3) возбуждение электрона светом 4) восстановление углеводов 5) синтез АТФ
8. Установите последовательность процесса фотосинтеза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр. 1) переход возбужденных электронов на более высокий энергетический уровень 2) соединение неорганического углерода с С5-углеводом 3) образование АТФ 4) поступление квантов света в хлоропласт 5) образование глюкозы
ФОТОСИНТЕЗ 1. Все перечисленные ниже единицы, кроме трёх, используют для выражения интенсивности процесса фотосинтеза. Определите три единицы, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.1) миллиграммы СО2, выделенного 1 дм2 листа за 1 час 2) миллилитры О2, выделенного 1 дм2 листа за 1 час 3) миллиграммы сухого вещества, накопленного 1 дм2 листа за 1 час 4) миллилитры Н2О, испарённой 1 дм2 листа за 1 час 5) миллиграммы СО2, ассимилированного 1 дм2 листа за 1 час 6) миллилитры О2, поглощённого 1дм2 листа за 1 час
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Каковы особенности воздушного питания (фотосинтеза) растений? 1) процесс происходит в зеленых клетках растений 2) используется энергия окисления неорганических веществ 3) органические вещества расщепляются до углекислого газа и воды 4) в атмосферу выделяется углекислый газ 5) в атмосферу выделяется кислород 6) органические вещества образуются из неорганических на свету
ФОТОСИНТЕЗ КРОМЕ Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания процесса фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны. 1) Для протекания процесса используется энергия света. 2) Процесс происходит при наличии ферментов. 3) Центральная роль в процессе принадлежит молекуле хлорофилла. 4) Процесс сопровождается расщеплением молекулы глюкозы. 5) Процесс не может происходить в клетках прокариот.
Установите соответствие между характеристиками и процессами, веществами фотосинтеза, обозначенными на схеме выше цифрами 1-4. Запишите цифры 1-4 в порядке, соответствующем буквам. А) представляет собой циклический процесс в строме Б) обеспечивает выделение кислорода В) содержит два остатка фосфорной кислоты Г) снабжает темновую фазу энергией Д) нуждается в энергии солнечного света Е) преобразуются углеводы
Установите соответствие между характеристиками и процессами, веществами фотосинтеза, обозначенными на схеме выше цифрами 1-4. Запишите цифры 1-4 в порядке, соответствующем буквам. А) источник углерода для растений Б) образуется в цикле Кальвина В) макроэргическое соединение Г) продукт темновой фазы Д) источник свободного кислорода Е) расщепляется в результате фотолиза
Установите соответствие между характеристиками и соединениями, обозначенными на рисунке цифрами 1, 2, 3, 4. Запишите цифры 1-4 в порядке, соответствующем буквам. А) окисленный переносчик электрона Б) подвергается фотолизу В) восстанавливается до углеводов Г) источник выделяемого кислорода Д) источник энергии для цикла Кальвина Е) донор электронов для хлорофилла
Установите соответствие между характеристиками и веществами, обозначенными на схеме цифрами 3, 5, 8. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам. А) источник энергии для темновой фазы фотосинтеза Б) присоединяется к углеводам в реакциях цикла Кальвина В) подвергается фотолизу Г) служит источником углерода для синтеза сахаров Д) синтезируется на мембране тилакоидов Е) является источником электронов для транспорта в световой фазе
Установите соответствие между характеристиками и веществами, обозначенными на схеме цифрами 5, 6, 7. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам. А) источник энергии для темновой фазы фотосинтеза Б) является шестиуглеродным сахаром В) образуется в результате фотолиза Г) побочный продукт световых реакций Д) синтезируется на мембране тилакоидов Е) синтезируется в результате реакций цикла Кальвина
Установите соответствие между процессами и стадиями фотосинтеза, обозначенными цифрами 1 и 2 на схеме выше. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам. А) расщепление молекулы воды Б) окисление переносчиков водорода В) присоединение углекислого газа к углеводам Г) восстановление углеводов Д) образование АТФ Е) транспорт электронов в мембране
Установите соответствие между характеристиками и компонентами фотосинтеза, обозначенными цифрами на схеме. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам. Цифры в ответе могут повторяться. А) побочный продукт фотосинтеза Б) источник неорганического углерода В) грана
СОБИРАЕМ А) образуется в результате фосфорилирования
Установите соответствие между характеристиками и процессами, веществами фотосинтеза, обозначенными цифрами на схеме. Запишите цифры в порядке, соответствующем буквам. Цифры в ответе могут повторяться. А) вещество, являющееся источником углерода для синтезируемых органических веществ Б) фаза фотосинтеза, в которой происходит синтез АТФ В) фаза фотосинтеза, в которой происходит восстановление НАДФ+
Установите соответствие между характеристиками и процессами, веществами фотосинтеза, обозначенными цифрами на схеме. Запишите цифры в порядке, соответствующем буквам. Цифры в ответе могут повторяться. А) этап, на котором происходит фотофосфорилирование Б) служит донором электронов для световой фазы В) моносахарид
Установите соответствие между характеристиками и компонентами фотосинтеза, обозначенными цифрами на схеме. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам. Цифры в ответе могут повторяться. А) молекула глюкозы Б) НАДФ восстановленный В) реакция, при которой образуется кислород
СОБИРАЕМ 5) вещество, в котором непосредственно запасается энергия солнечного света
ЗНАЧЕНИЕ 1. Выберите три варианта. Каково значение фотосинтеза в природе? 1) обеспечивает организмы органическими веществами 2) обогащает почву минеральными веществами 3) обеспечивает организмы кислородом 4) обогащает атмосферу парами воды 5) обеспечивает все живое на Земле энергией 6) обогащает атмосферу молекулярным азотом
2. Выберите три варианта. Значение фотосинтеза состоит в 1) обеспечении всего живого органическими веществами 2) расщеплении биополимеров до мономеров 3) окислении органических веществ до углекислого газа и воды 4) преобразовании солнечной энергии 5) обогащении атмосферы кислородом, необходимым для дыхания 6) обогащении почвы солями азота
Проанализируйте таблицу «Реакции фотосинтеза». Для каждой буквы выберите соответствующий термин из предложенного списка. 1) окислительное фосфорилирование 2) окисление НАДФ-2Н 3) мембраны тилакоидов 4) гликолиз 5) присоединение углекислого газа к пентозе 6) образование кислорода 7) образование рибулозодифосфата и глюкозы 8) синтез 38 АТФ
Вставьте в текст «Синтез органических веществ в растении» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите выбранные цифры в порядке, соответствующем буквам. Энергию, необходимую для своего существования, растения запасают в виде органических веществ. Эти вещества синтезируются в ходе __________ (А). Этот процесс протекает в клетках листа в __________ (Б) – особых пластидах зелёного цвета. Они содержат особое вещество зелёного цвета – __________ (В). Обязательным условием образования органических веществ помимо воды и углекислого газа является __________ (Г). Список терминов:1) дыхание2) испарение3) лейкопласт4) питание5) свет6) фотосинтез7) хлоропласт8) хлорофилл
Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены. (1) Клетки зелёных растений, используя энергию солнечного света, способны синтезировать органические вещества. (2) Исходными веществами для фотосинтеза служат углекислый газ и азот атмосферы. (3) Процесс фотосинтеза как в прокариотических, так и в эукариотических клетках происходит в хлоропластах. (4) В световой стадии фотосинтеза происходит синтез АТФ и разложение воды — фотолиз. (5) В темновой стадии фотосинтеза образуются глюкоза и кислород. (6) Энергия АТФ, запасённая в световой стадии, расходуется на синтез углеводов.
Установите соответствие между утверждениями и их правильностью: 1) правильно, 2) неправильно. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) Кислород выделяется всеми фотоавтотрофами. Б) Кислород, образующийся при фотосинтезе, выделяется из воды. В) Продуктами темновой стадии фотосинтеза являются глюкоза и кислород.
Темновая фаза фотосинтеза
Темновая фаза, известная также как цикл Кальвина или фиксация углерода, происходит в строме – внутренней клетке хлоропласта. Несмотря на свое название этот этап может происходить как в темноте, так и на свету. Атмосферный углекислый газ, попав в растение вместе с другими неорганическими веществами, полученными растением от воды из корневой системы, проходит через межклеточное пространство и оказывается в клетках, где и фиксируется.
Далее происходит реакция при которой протоны и электроны используются в целях превращения углекислого газа в глюкозу. Энергия, полученная в световой фазе от молекул АТФ, вместе с NADP+ и протонами воды используется для переработки углекислого газа в глюкозу. Иногда ее получается даже больше необходимого, и тогда растение “откладывает” часть, синтезировав ее в другую органику, например белки или полисахариды. Вся эта цепочка реакций называется фиксацией углерода, поскольку углекислый газ, поглощенный растением из воздуха, перерабатывается в органические соединения.
Световая и темновая фазы взаимосвязаны и находятся в тесной зависимости друг от друга. Световая фаза вырабатывает энергию, которая необходима для проведения темновой фазы, а темновая фаза задействует ее для синтеза органических молекул. Обе фазы фотосинтеза являются равноценными, так как оба прямо работают на жизнеобеспечение растения и косвенно – на жизнь на планете, поскольку растения являются источником пищи для многих организмов и “производят” необходимый для их дыхания кислород.
Фазы фотосинтеза
Сам процесс фотосинтеза разделен на две фазы: световую и темновую. В ходе световой фазы солнечный свет поглощается хлоропластами в листьях растения, в которых и содержатся молекулы упомянутого выше хлорофилла, отвечающие за поглощение солнечного света. Энергия света идет на расщепление молекул воды и высвобождения кислорода с образованием протонов и электронов.
Электроны же используются для восстановления NADP+ (Никотинамидадениндинуклеотидфосфата – кофермента, принимающего на себя электроны и водород для последующей его передачи на другие вещества) до NADPH – химического вещества, которое впоследствии будет задействовано уже в следующей, темновой фазе, в ходе которой высвобождающаяся энергия способствует преобразованию воды и углекислого газа в глюкозу и кислород.
Фотолиз воды
Фотосинтез – это процесс синтеза органических веществ из неорганических с использованием энергии солнечного света.
Первые опыты по установлению физиологических основ фотосинтеза проводились Дж. Пристли в 18 веке. Он обратил внимание на порчу воздуха внутри герметичного сосуда с горящей свечой. При этом воздух терял способность поддерживать горение, а животные, помещенные в него, очень быстро задыхались. Такую ситуацию были способны исправить растения. Ученый пришел к выводу о том, что именно они формируют кислород, поддерживающий процесс дыхания и горения.
Также в природе существуют такие организмы, как хемотрофы, которые тоже могут образовывать органическое вещество, но при этом источником энергии для осуществления данного процесса будут выступать химические связи, а не кислород.
Большинство растений являются именно автотрофами, поскольку в их клетках содержаться различные фотосинтетические пигменты.
Светозависимая фаза фотосинтеза
Световая фаза протекает в тилакоидах. Тилакоид, в переводе с греческого «мешочек», представляет собой образование внутренней мембраны хлоропластов. Вместе тилакоиды образуют грану.
Весь процесс начинается с поглощения солнечного света молекулами хлорофилла. Под воздействием света электроны в этих молекулах переходят в возбужденное состояние (переходят на более высокий энергетический уровень). Это создает энергию, которая необходима для фосфорилирования, т. е. образования АТФ. АТФ — универсальная энергетическая молекула.
Одновременно с этими процессами происходит фотолиз воды — разложение воды под воздействием солнечного света. Вода распадается до кислорода (O2) и водорода (Н). Водород состоит из протона и электрона. Электрон из этого атома соединяется с молекулой хлорофилла, компенсируя тот электрон, который хлорофилл отдал для синтеза АТФ. А протон водорода соединяется с переносчиком НАДФ.
По завершению световой фазы образуются следующие продукты: АТФ, НАДФ∙2Н, а также кислород (О2) — побочный продукт световой фазы фотосинтеза, который улетучивается в окружающую среду.
Важность фотосинтеза
Наиболее емко описал важность и значение фотосинтеза академик К.А. Тимирязев. Говоря о роли этого процесса в природе, он сравнил хлорофилловое зерно с лабораторией, в которой запускаются все органические процессы. Именно растения с их способностью преобразовать неорганику в органику дали возможность развиться привычным нам формам жизни.
Кроме того, особое значение фотосинтеза происходит и от его роли в составлении пищевой цепочки Растения производят глюкозу, которая затем передается другим организмам через пищевую цепь. Животные и люди потребляют растительную пищу, получая энергию и питательные вещества, необходимые для поддержания жизни.
Без фотосинтеза на Земле не было бы достаточного количества кислорода для поддержания жизни. Кроме того, не было бы пищи для животных и людей. Фотосинтез играет ключевую роль в биологическом разнообразии и экосистемах, обеспечивая энергию и питание для всех живых организмов.
Однако есть у и фотосинтеза и “родственник” – хемосинтез. Этот процесс осуществляется некоторыми организмами, например археями и определенными видами бактерий, и так же как и фотосинтез дает им возможность вырабатывать органические вещества из неорганических с помощью химических реакций. Однако, в отличие от фотосинтеза, который происходит за счет свет в качестве источника энергии, хемосинтез основан на окислении неорганических соединений.
Хемосинтез имеет большое значение для экосистем, особенно в тех местах или условиях, где практически или вовсе отсутствует световая энергия. Организмы, способные к хемосинтезу, являются для таких экосистем основными производителями, обеспечивая органические вещества для других организмов, которые их самостоятельно синтезировать не могут. Кроме того, изучение хемосинтеза имеет особое значение для будущей науки. При изучении этого процесса ученые потенциально могут существенно расширить наши знания о возможности жизни в экстремальных условиях и поискать аналогию с другими планетами или способами существования во Вселенной.
Определение и формула фотосинтеза
В процессе фотосинтеза происходит выработка глюкозы, которая затем используется растениями в качестве источника необходимой энергии, а кислород попадает в атмосферу, служа ресурсом для дыхания многих существ. Именно благодаря этой изящной реакции жизнь на Земле и смогла развиться и эволюционировать до привычных нам видов и форм.
Главный актор фотосинтеза, без которого этот процесс невозможен – хлорофилл. Хлорофилл – это зеленый пигмент, содержащийся в хлоропластах растительных клеток. Он выполняет роль основного пигмента, отвечающего за усвоение фотонов в фотосинтезирующих органеллах растения.
Значение хлорофилла также состоит в переработке световой энергии в химическую, которая, в свою очередь, необходима для синтеза органических веществ. Он обладает способностью поглощать свет в определенных диапазонах длин волн, прежде всего в красной и синей областях спектра, а зеленый свет он отражает, что придает растениям зеленый цвет.
У хлорофилла в этой схеме есть две основные функции: поглощение и передача энергии. Большая часть – 90% – вещества в хлоропластах сосредоточена в светособирающих комплексах (ССК). Эти комплексы служат антенной, передающей энергию к реакционным центрам, где происходят фотосинтетические реакции. Каротиноиды и фикобилины – пигменты, помогающие хлорофиллу расширить спектр поглощаемых им световых волн, чтобы получать максимум энергии. Иногда хлорофилл и вовсе отходит на второй план в данном процессе и не имеет своего привычного значения. Например, на дне океана, где зеленое вещество беспомощно, фикобилин, который лучше всего работает с синим цветом, заведует процессом поглощения света, отчего многие глубоководные водоросли имеют характерный красноватый оттенок.
Интересный факт! Осенью, когда длительность дня сокращается, растение получает меньше световой энергии для фотосинтеза. Это приводит к снижению активности хлорофилла и уменьшению его концентрации в листьях. Кроме того, понижение температуры воздуха замедляет и газовый обмен в растении. При низких температурах происходит сужение сосудов, отвечающих за транспорт воды и питательных веществ в листьях. Это приводит к уменьшению подачи воды и питательных веществ в листья, из-за чего фотосинтез происходит все менее и менее активно. Именно поэтому осенью мы и можем наблюдать за пожелтением листвы.
Светонезависимая фаза фотосинтеза
Темновая фаза протекает в строме — области внутри хлоропласта, окружающей тилакоиды. Используются продукты световой фазы и CO2, получаемый из атмосферы.
Начинается темновая фаза с фиксации углекислого газа. Затем запускается цикл Кальвина, который включается в себя окисление НАДФ∙2H и образование молекул водорода и НАДФ+. Этот цикл представляет собой последовательность химических реакций, в результате которых триозы преобразуются в пентозы, а затем в гексозы, такие как глюкоза.
В процессе цикла Кальвина происходит окисление переносчика НАДФ и высвобождение НАДФ и водорода. Для всех этих реакций требуется энергия АТФ, которая образуется в световой стадии. Благодаря энергии, полученной от АТФ, происходит синтез углеводов и восстановление углекислого газа до глюкозы.
Глюкоза, в свою очередь, является основным источником энергии для многих процессов жизнедеятельности растений. Позднее глюкоза может быть преобразована в целлюлозу или крахмал.
Фотосинтез — это удивительный и сложный процесс, который лежит в основе жизни нашей планеты. Растения, используя световую энергию, воду и углекислый газ, превращают их в органические соединения, обеспечивая питание для себя и других организмов.
Понимание процесса фотосинтеза помогает нам не только лучше понять природу и ее механизмы, но и разработать новые методы улучшения сельского хозяйства, биотехнологии и экологической устойчивости. Благодаря фотосинтезу мы можем наслаждаться красотой природы, а также получать пищу и кислород, необходимые для жизни.
Таким образом, фотосинтез является невероятным процессом, который демонстрирует величие и сложность живой природы, а также важность сохранения экосистем для благополучия нашей планеты и будущих поколений.
Фотосинтез обладает невероятным значением для всей жизни на Земле, он обеспечивает нас кислородом, необходимым для дыхания, и помогает поддерживать круговорот углерода. На примере этого процесса мы можем увидеть, как отлажено работает природа, как в одной цепочке задействуются абсолютно разные элементы и существа. Солнце, растения, кислород, животные, глюкоза, вода, люди – все мы части одной цепи. Убрав или ослабив одну переменную этого уравнения можно буквально уничтожить всю жизнь на нашей планете. Поэтому нам так и внушают с детства бережливое отношение к растениям. И поэтому так важно всегда помнить эти уроки и следовать им.
Биология может быть интересной! А подготовка к экзаменам увлекательной и веселой. Записывайся на бесплатный вводный урок, и мы расскажем, как подготовиться к биологии на нужные баллы с «Соткой».