Процессы темновой фазы фотосинтеза: Темновая фаза фотосинтеза – кратко и понятно о процессе (10 класс, биология)

Содержание

световая и темновая фазы. Световая фаза фотосинтеза. Темновая фаза фотосинтеза. Основные реакции и их местонахождение, происходящие в фазах

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света (hv). Суммарное уравнение фотосинтеза:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важный из них — пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.

Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов граны содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.

Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны. В этой фазе происходит поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.

Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбужденное состояние:

Хл → Хл + e —

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, т.е. обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.

Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, т.е. ее разложение под действием света

2H 2 O → O 2 +4H + + 4e —

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их: молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние.

Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н + -резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно (за счет Н +), а наружная — отрицательно (за счет e —).

По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ:

АДФ + Ф → АТФ

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называются фотофосфорилированием .

Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):

2H + + 4e — + НАДФ + → НАДФ H 2

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ, образование атомов водорода в форме НАДФ H 2 . Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ H 2 участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований CO 2 , поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счет энергии АТФ. В цикле Кальвина CO 2 связывается с водородом из НАДФ H 2 с образованием глюкозы.

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот приведена в таблице:

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот
Признак Фотосинтез Дыхание
Уравнение реакции 6CO 2 + 6H 2 O + Энергия света → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + Энергия (АТФ)
Исходные вещества Углекислый газ, вода
Продукты реакции Органические вещества, кислород Углекислый газ, вода
Значение в круговороте веществ Синтез органических веществ из неорганических Разложение органических веществ до неорганических
Превращение энергии Превращение энергии света в энергию химических связей органических веществ Превращение энергии химических связей органических веществ в энергию макроэргических связей АТФ
Важнейшие этапы Световая и темновая фаза (включая цикл Кальвина) Неполное окисление (гликолиз) и полное окисление (включая цикл Кребса)
Место протекания процесса Хлоропласта Гиалоплазма (неполное окисление) и митохондрии (полное окисление)

Фотосинтез – синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света: 6СО 2 +6Н 2 О + Q света →С 6 Н 12 О 6 +6О 2 . Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза . Происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента – АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящеёся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду и фотолизу воды: Н 2 О+ Q света →Н + +ОН — . Ионы гидроксида отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы ∙ОН: ОН — →∙ОН+е — . Радикалы ∙ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород: 4НО∙→ 2Н 2 О+О 2 . Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре».

В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н + заряжается положительно, с другой за счет электронов – отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идёт на восстановление специфицеского переносчика НАДФ + до НАДФ∙Н 2: 2Н + +2 е — + НАДФ→ НАДФ∙Н 2 . Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1)синтез АТФ; 2) образование НАДФ∙Н 2 ; 3) образование кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ∙Н 2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза . Происходит в строме хлоропласта. Для её реакций нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют цепочку последовательных преобразований углекислого газа (из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. Сначала происходит фиксация СО 2 , акцептором является сахар рибулозобифосфат, катализируется рибулозобифосфаткарбоксилазой. В результате карбоксилирования рибулозобифосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты. Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов ФГК преобразуется в глюкозу. Используется энергия АТФ и и НАДФ·Н 2 образованых в световую фазу. (Цикл Кальвина).

23. Реакции ассимиляции со2 в темновой фазе фотосинтеза.

Цикл Кальвина – главный путь ассимиляции СО 2 . Фаза декарбоксилирования — углекислый газ, связываясь с рибулозобифосфатом, образует две молекулы фосфоглицерата. Эту реакцию катализирует рибулозобифосфат карбосилаза.

И НАДФ·H 2 , полученных в световую фазу . Более точно: в темновую фазу происходит связывание углекислого газа (CO 2).

Процесс этот многоступенчатый, в природе существуют два основных пути: C 3 -фотосинтез и C 4 -фотосинтез. Латинская буква C обозначает атом углерода, цифра после нее — количество атомов углерода в первичном органическом продукте темновой фазы фотосинтеза. Так в случае C 3 -пути первичным продуктом считается трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, обозначаемая как ФГК. В случае C 4 -пути первым органическим веществом при связывание углекислого газа является четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат).

C 3 -фотосинтез также называется циклом Кальвина в честь изучившего его ученого. C 4 -фотосинтез включает в себя цикл Кальвина, однако состоит не только из него и называется циклом Хэтча-Слэка. В умеренных широтах обычны C 3 -растения, в тропических — C 4 .

Темновые реакции фотосинтеза протекают в строме хлоропласта .

Цикл Кальвина

Первой реакцией цикла Кальвина является карбоксилирование рибулозо-1,5-бифосфата (РиБФ). Карбоксилирование — это присоединение молекулы CO 2 , в результате чего образуется карбоксильная группа -COOH. РиБФ — это рибоза (пятиуглеродный сахар), у которой к концевым атомам углерода присоединены фосфатные группы (образуемые фосфорной кислотой):

Химическая формула РиБФ

Реакция катализируется ферментом рибулозо-1,5-бифосфат-карбоксилаза-оксигеназа (РуБисКО ). Он может катализировать не только связывание углекислого газа, но и кислорода, о чем говорит слово «оксигеназа» в его названии. Если РуБисКО катализирует реакцию присоединения кислорода к субстрату, то темновая фаза фотосинтеза идет уже не по пути цикла Кальвина, а по пути фотодыхания , что в принципе является вредным для растения.

Катализ реакции присоединения CO 2 к РиБФ происходит в несколько шагов. В результате образуется неустойчивое шестиуглеродное органическое соединение, которое тут же распадается на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты

Химическая формула фосфоглицериновой кислоты

Далее ФГК за несколько ферментативных реакций, протекающих с затратой энергии АТФ и восстановительной силы НАДФ·H 2 , превращается в фосфоглицериновый альдегид (ФГА), также называемый

триозофосфатом .

Меньшая часть ФГА выходит из цикла Кальвина и используется для синтеза более сложных органических веществ, например глюкозы. Она, в свою очередь, может полимеризоваться до крахмала. Другие вещества (аминокислоты, жирные кислоты) образуются при участии различных исходных веществ. Такие реакции наблюдаются не только в растительных клетках. Поэтому, если рассматривать фотосинтез как уникальное явление содержащих хлорофилл клеток, то он заканчивается синтезом ФГА, а не глюкозы.

Большая часть молекул ФГА остается в цикле Кальвина. С ним происходит ряд превращений, в результате которых ФГА превращается в РиБФ. При этом также используется энергия АТФ. Таким образом, РиБФ регенерируется для связывания новых молекул углекислого газа.

Цикл Хэтча-Слэка

У многих растений жарких мест обитания темновая фаза фотосинтеза несколько сложнее. В процессе эволюции C 4 -фотосинтез возник как более эффективный способ связывания углекислого газа, когда в атмосфере возросло количество кислорода, и РуБисКО стал тратиться на неэффективное фотодыхание.

У C 4 -растений существует два типа фотосинтезирующих клеток. В хлоропластах мезофилла листьев происходит световая фаза фотосинтеза и часть темновой, а именно связывание CO 2 с фосфоенолпируватом (ФЕП). В результате образуется четырехуглеродная органическая кислота. Далее эта кислота транспортируется в хлоропласты клеток обкладки проводящего пучка. Здесь от нее ферментативно отщепляется молекула CO 2 , которая далее поступает в цикл Кальвина. Оставшаяся после декарбоксилирования трехуглеродная кислота — пировиноградная — возвращается в клетки мезофилла, где снова превращается в ФЕП.

Хотя цикл Хэтча-Слэка более энергозатратный вариант темновой фазы фотосинтеза, но фермент связывающий CO 2 и ФЕП более эффективный катализатор, чем РуБисКО. Кроме того, он не вступает в реакцию с кислородом. Транспорт CO 2 с помощью органической кислоты в более глубоколежащие клетки, к которым затруднен приток кислорода, приводит к тому, что концентрация углекислого газа здесь увеличивается, и РуБисКО почти не расходуется на связывание молекулярного кислорода.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Фотосинтез – это процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. Краткое объяснение фотосинтеза

В процессе фотосинтеза участвуют:

1) хлоропласты,

3) углекислый газ,

5) температура.

У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах (полуавтономные органеллы) овальной формы, содержащих пигмент хлорофилл, благодаря зеленому цвету которого части растения также имеют зеленый цвет.

У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах (пигментсодержащие и светоотражающие клетки). У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда плохо доходит солнечный свет, имеются другие пигменты.

Если посмотреть на пищевую пирамиду всех живых существ, фотосинтезирующие организмы находятся в самом ее низу, в составе автотроф (организмов, синтезирующих органические вещества из неорганических). Поэтому они являются источником пищи для всего живого на планете.

При фотосинтезе кислород выделяется в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из него образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, благодаря чему жизнь смогла выйти из моря на сушу.

Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем без него. Это делает использование пищи гораздо более эффективным, что привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.

Более подробное описание процесса фотосинтеза растений

Ход фотосинтеза:

Процесс фотосинтеза начинается с попадания света на хлоропласты – внутриклеточные полуавтономные органеллы, содержащие зеленый пигмент. Под действием света хлоропласты начинают потреблять воду из почвы, расщепляя ее на водород и кислород.

Часть кислорода выделяется в атмосферу, другая часть идет на окислительные процессы в растении.

Сахар соединяется с поступающими из почвы азотом, серой и фосфором, таким путем зеленые растения производят крахмал, жиры, белки, витамины и другие сложные соединения, необходимые для их жизни.

Лучше всего фотосинтез идет под воздействием солнечного света, однако некоторые растения могут довольствоваться и искусственным освещением.

Сложное описание механизмов фотосинтеза для продвинутого читателя

До 60-ых годов 20 века ученым был известен только один механизм фиксации углекислого газа — по С3-пентозофосфатному пути. Однако недавно группа австралийских ученых смогла доказать, что у некоторых растений восстановление углекислого газа происходит по циклу C4-дикарбоновых кислот.

У растений с реакцией С3 фотосинтез наиболее активно происходит в условиях умеренной температуры и освещенности, в основном, в лесах и в темных местах. К таким растениям относятся почти все культурные растения и большая часть овощей. Они составляют основу рациона человека.

У растений с реакцией С4 фотосинтез наиболее активно происходит в условиях высоких температура и освещенности. К таким растениям относятся, например, кукуруза, сорго и сахарный тростник, которые произрастают в теплом и тропическом климате.

Сам метаболизм растений был обнаружен совсем недавно, когда удалось выяснить, что у некоторых растений, имеющих специальные ткани для запаса воды, углекислый газ накапливается в форме органических кислот и фиксируется в углеводах лишь спустя сутки. Такой механизм помогает растениям экономить запасы воды.

Как происходит процесс фотосинтеза

Растение поглощает свет при помощи зеленого вещества, которое называется хлорофилл. Хлорофилл содержится в хлоропластах, которые находятся в стеблях или плодах. Особенно большое их количество в листьях, потому что из-за своей очень плоской структуры листок может притянуть много света, соответственно, получить намного больше энергии для процесса фотосинтеза.

После поглощения хлорофилл находится в возбужденном состоянии и передает энергию другим молекулам организма растения, особенно, тем, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Второй этап процесса фотосинтеза проходит уже без обязательного участия света и состоит в получении химической связи с участием углекислого газа, получаемого из воздуха и воды. На данной стадии синтезируются разные очень полезные для жизнедеятельности вещества, такие как крахмал и глюкоза.

Эти органические вещества используют сами растения для питания разных его частей, а также для поддержания нормальной жизнедеятельности. Кроме того, эти вещества также получают и животные, питаясь растениями. Люди тоже получают эти вещества, употребляя в пищу продукты животного и растительного происхождения.

Условия для фотосинтеза

Фотосинтез может происходить как под действием искусственного света, так и солнечного. Как правило, на природе растения интенсивно «работают» в весенне-летний период, когда необходимого солнечного света много. Осенью света меньше, день укорачивается, листья сначала желтеют, а потом опадают. Но стоит появиться весеннему теплому солнцу, как зеленая листва вновь появляется и зеленые «фабрики» снова возобновят свою работу, чтобы давать кислород, такой необходимый для жизни, а также множество других питательных веществ.

Альтернативное определение фотосинтеза

Фотоси́нтез (от др.-греч. фот- свет и синтез — соединение, складывание, связывание, синтез) — процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ на свету фотоавтотрофами при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Фазы фотосинтеза

Фотосинтез – процесс довольно сложный и включает две фазы: световую, которая всегда происходит исключительно на свету, и темновую. Все процессы происходят внури хлоропластов на особых маленьких органах — тилакодиах. В ходе световой фазы хлорофиллом поглощается квант света, в результате чего образуются молекулы АТФ и НАДФН. Вода при этом распадается, образуя ионы водорода и выделяя молекулу кислорода. Возникает вопрос, что это за непонятные загадочные вещества: АТФ и НАДН?

АТФ – это особые органические молекулы, которые имеются у всех живых организмов, их часто называют «энергетической» валютой. Именно эти молекулы содержат высокоэнергетические связи и являются источником энергии при любых органических синтезах и химических процессах в организме. Ну, а НАДФН – это собственно источник водорода, используется непосредственно при синтезе высокомолекулярных органических веществ — углеводов, который происходит во второй, темновой фазе фотосинтеза с использованием углекислого газа.

Cветовая фаза фотосинтеза

В хлоропластах содержится очень много молекул хлорофилла, и все они поглощают солнечный свет. Одновременно свет поглощается и другими пигментами, но они не умеют осуществлять фотосинтез. Сам процесс происходит лишь только в некоторых молекулах хлорофилла, которых совсем немного. Другие же молекулы хлорофилла, каротиноидов и других веществ образуют особые антенные, а также светособирающие комплексы (ССК). Они, как антенны, поглощают кванты света и передают возбуждение в особые реакционные центры или ловушки. Эти центры находятся в фотосистемах, которых у растений две: фотосистема II и фотосистема I. 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).

По схеме более понятно, как все выглядит и происходит во время световой фазы фотосинтеза.

На рисунке мы видим две фотосистемы с хлорофиллами Р680 и Р700. Также на рисунке показаны переносчики, по которым происходит транспорт электронов.

Итак: обе молекулы хлорофилла двух фотосистем поглощают квант света и возбуждаются. Электрон е- (на рисунке красный) у них переходит на более высокий энергетический уровень.

Возбужденные электроны обладает очень высокой энергией, они отрываются и поступают в особую цепь переносчиков, которая находится в мембранах тилакоидов – внутренних структур хлоропластов. По рисунку видно, что из фотосистемы II от хлорофилла Р680 электрон переходит к пластохинону, а из фотосистемы I от хлорофилла Р700 – к ферредоксину. В самих молекулах хлорофилла на месте электронов после их отрыва образуются синие дырки с положительным зарядом. Что делать?

Чтобы восполнить недостачу электрона молекула хлорофилла Р680 фотосистемы II принимает электроны от воды, при этом образуются ионы водорода. Кроме того, именно за счет распада воды образуется выделяющийся в атмосферу кислород. А молекула хлорофилла Р700, как видно из рисунка, восполняет недостачу электронов через систему переносчиков от фотосистемы II.

В общем, как бы ни было сложно, именно так протекает световая фаза фотосинтеза, ее главная суть заключается в переносе электронов. Также по рисунку можно заметить, что параллельно транспорту электронов происходит перемещение ионов водорода Н+ через мембрану, и они накапливаются внутри тилакоида. Так как их там становится очень много, они перемещаются наружу с помощью особого сопрягающего фактора, который на рисунке оранжевого цвета, изображен справа и похож на гриб.

В завершении мы видим конечный этап транспорта электрона, результатом которого является образование вышеупомянутого соединения НАДН. А за счет переноса ионов Н+ синтезируется энергетическая валюта – АТФ (на рисунке видно справа).

Итак, световая фаза фотосинтеза завершена, в атмосферу выделился кислород, образовались АТФ и НАДН. А что же дальше? Где обещанная органика? А дальше наступает темновая стадия, которая заключается, главным образом, в химических процессах.

Темновая фаза фотосинтеза

Для темновой фазы фотосинтеза обязательным компонентом является углекислый газ – СО2. Поэтому растение должно постоянно его поглощать из атмосферы. Для этой цели на поверхности листа имеются специальные структуры – устьица. Когда они открываются, СО2 поступает именно внутрь листа, растворяется в воде и вступает в реакцию световой фазы фотосинтеза.

В ходе световой фазы у большинства растений СО2 связывается с пятиуглеродным органическим соединением (которое представляет собой цепочку из пяти молекул углерода), в результате чего образуются две молекулы трехуглеродного соединения (3-фосфоглицериновая кислота). Т.к. первичным результатом являются именно эти трехуглеродные соединения, растения с таким типом фотосинтеза получили название С3-растений.

Дальнейший синтез в хлоропластах происходит довольно сложно. В его конечном итоге образуется шестиуглеродное соединение, из которого в дальнейшем могут синтезироваться глюкоза, сахароза или крахмал. В виде этих органических веществ растение накапливает энергию. При этом в листе остается только небольшая их часть, которая используется для его нужд, в то время как остальные углеводы путешествуют по всему растению, поступая туда, где больше всего нужна энергия — например, в точки роста.

Объяснение такого объемного материала, каким является фотосинтез, лучше проводить на двух спаренных уроках – тогда не теряется целостность восприятия темы. Урок необходимо начать с истории изучения фотосинтеза, строения хлоропластов и проведения лабораторной работы по изучению хлоропластов листа. После этого необходимо перейти к изучению световой и темновой фаз фотосинтеза. При объяснении реакций, происходящих в этих фазах, необходимо составить общую схему:

По ходу объяснения надо нарисовать схему световой фазы фотосинтеза .

1. Поглощение кванта света молекулой хлорофилла, которая находится в мембранах тилакоидов гран, приводит к потере ею одного электрона и переводит ее в возбужденное состояние. Электроны переносятся по электронтранспортной цепи, что приводит к восстановлению НАДФ + до НАДФ Н.

2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны молекул воды – так вода под действием света подвергается разложению (фотолизу). Образовавшиеся гидроксилы ОН– становятся радикалами и объединяются в реакции 4 ОН – → 2 H 2 O +O 2 , приводящей к выделению в атмосферу свободного кислорода.

3. Ионы водорода Н+ не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, заряжая его положительно, что приводит к увеличению разности электрических потенциалов (РЭП) на мембране тилакоида.

4. При достижении критической РЭП протоны устремляются по протонному каналу наружу. Этот поток положительно заряженных частиц используется для получения химической энергии с помощью специального ферментного комплекса. Образовавшиеся в результате молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода.

5. Ионы водорода, вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление переносчика НАДФ + .

Спонсор публикации статьи группа компаний «Арис». Производство, продажа и аренда строительных лесов (рамные фасадные ЛРСП, рамные высотные А-48 и др.) и вышек-тур (ПСРВ «Арис», ПСРВ «Арис компакт» и «Арис-дачная», помосты). Хомуты для строительных лесов, строительные ограждения, колесные опоры для вышек. Узнать подробнее о компании, посмотреть каталог продукции и цены, контакты Вы сможете на сайте, который располагается по адресу: http://www.scaffolder.ru/.

После рассмотрения данного вопроса, проанализировав его еще раз по составленной схеме, предлагаем учащимся заполнить таблицу.

Таблица. Реакции световой и темновой фаз фотосинтеза

После заполнения первой части таблицы можно перейти к разбору темновой фазы фотосинтеза .

В строме хлоропласта постоянно присутствуют пентозы – углеводы, представляющие собой пятиуглеродные соединения, которые образуются в цикле Кальвина (цикл фиксации углекислого газа).

1. К пентозе присоединяется углекислый газ, образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое распадается на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

2. Молекулы ФГК принимают от АТФ по одной фосфатной группе и обогащаются энергией.

3. Каждая из ФГК присоединяет по одному атому водорода от двух переносчиков, превращаясь в триозу. Триозы, объединяясь, образуют глюкозу, а затем крахмал.

4. Молекулы триозы, объединяясь в разных сочетаниях, образуют пентозы и вновь включаются в цикл.

Суммарная реакция фотосинтеза:

Схема. Процесс фотосинтеза

Тест

1. Фотосинтез осуществляется в органеллах:

а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) хлоропласты;
г) хромопласты.

2. Пигмент хлорофилл сосредоточен в:

а) оболочке хлоропласта;
б) строме;
в) гранах.

3. Хлорофилл поглощает свет в области спектра:

а) красной;
б) зеленой;
в) фиолетовой;
г) во всей области.

4. Свободный кислород при фотосинтезе выделяется при расщеплении:

а) углекислого газа;
б) АТФ;
в) НАДФ;
г) воды.

5. Свободный кислород образуется в:

а) темновой фазе;
б) световой фазе.

6. В световой фазе фотосинтеза АТФ:

а) синтезируется;
б) расщепляется.

7. В хлоропласте первичный углевод образуется в:

а) световой фазе;
б) темновой фазе.

8. НАДФ в хлоропласте необходим:

1) как ловушка для электронов;
2) в качестве фермента для образования крахмала;
3) как составная часть мембраны хлоропласта;
4) в качестве фермента для фотолиза воды.

9. Фотолиз воды – это:

1) накопление воды под действием света;
2) диссоциация воды на ионы под действием света;
3) выделение водяных паров через устьица;
4) нагнетание воды в листья под действием света.

10. Под воздействием квантов света:

1) хлорофилл превращается в НАДФ;
2) электрон покидает молекулу хлорофилла;
3) хлоропласт увеличивается в объеме;
4) хлорофилл превращается в АТФ.

ЛИТЕРАТУРА

Богданова Т. П., Солодова Е.А. Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: ООО «АСТ-Пресс школа», 2007.

Фотосинтез Темновая фаза Световая фаза фотосинтеза Процессы

Фотосинтез Темновая фаза

Световая фаза фотосинтеза Процессы световой фазы идут на мембранах тилакоидов, на свету.

• Свет нужен только для того, чтобы в хлоропластах шел синтез АТФ и НАДФ*Н. • У высших растений диоксид углерода (СО 2) поступает к фотосинтезирующим клеткам через устьица. • Восстановление углерода происходит в строме хлоропласта в цикле реакций, известных как цикл Кальвина

Темновая фаза фотосинтеза – это комплекс ферментативных реакций, во время которой происходит восстановление поглощенного углекислого газа за счет продуктов световой фазы (АТФ и НАДФ*Н). Различают несколько циклов восстановления СО 2.

Цикл Кальвина Способ ассимиляции СО 2 является основным и присущ всем растениям. Он был расшифрован американскими учеными во главе с М. Кальвином в 1961 году Мелвин Калвин

• Цикл начинается с присоединения СО 2 к акцептору – пятиуглеродному сахару рибулозо 1, 5 -дифосфату (РДФ). Присоединение СО 2 к тому или ионному веществу называется карбоксилированием, а фермент катализирующий такую реакцию – карбоксилазой. • В данной реакции карбоксилирование происходит с участием фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы (РДФкарбоксилаза). Это самый распространенный в мире фермент. Акцептор — вещество, принимающее электроны и водород от окисляемых соединений и передающее их другим веществам

1. Фаза — карбоксилирование Продукт реакции, содержащий 6 атомов углерода, в присутствии воды сразу распадается на две молекулы 3 -фосфоглицириновой кислоты (3 -ФГК) ФГК является, по современным взглядам, первичным продуктом ассимиляции углерода. 2. Фаза — восстановления 3. Фаза — регенерации первичного акцептора СО 2 и синтеза конечных продуктов фотосинтеза

Цикл Кальвина К 5 углеродным молекулам рибулёзодифосфата (акцептор углекислоты) присоединяются СО 2 и атомы водорода, доставляемые переносчиками НАДФ. Образуются 6 -углеродные молекулы. Они нестойки и сразу распадаются на 3 -углеродные фрагменты. В строме образуется множество таких фрагментов. Часть этих 3 -углеродных молекул преобразуются в рибулёзодифосфат (5 С 3 -> 3 С 5). Происходит регенерация (восстановление) акцептора углекислоты. Другая часть преобразуется в углеводы (2 С 3 -> С 6) Цикл продолжается до тех пор, пока в хлоропласт поступают СО 2 и НАДФ*H. Хотя процесс и носит название «темновой фазы», но в темноте быстро прекращается из-за дефицита НАДФ*Н, так как атомы водорода образуются из воды только на свету.

Хлорофилл Находится в мембранах тилакоидов (в ЭТЦ), участвует в хемиосмосе. Хемиосмос — биохимический механизм, с помощью которого осуществляется превращение энергии электротранспортной цепи в энергию АТФ. Включает изменение электрохимического потенциала клеточной мембраны. В состав хлорофилла входит Mg — важнейший элемент для растений. При дефиците магния у растений развивается хлороз — обесцвечивание листьев. ЭТЦ. г) В конце концов электроны отбираются у молекул воды. д) Молекулы воды распадаются на протоны Н+, электроны ē и кислород (этот процесс называется фотолизом воды). е) Кислород удаляется из хлоропласта, протоны остаются внутри тилакоида. ж) На мембране тилакоида образуется разность потенциалов: + внутри, — снаружи. ЭТЦ — электрон-транспортная цепь

Процессы темновой фазы протекают в строме, как на свету, так и в темноте. Происходит фиксация углекислого газа в виде твёрдых углеводов.

Сравнение световой и темновой фаз фотосинтеза Критерии для сравнения Световая фаза Темновая фаза Мембрана тилакоидов Строма хлоропласта Фотолиз воды Восстановление НАДФ+ до НАДФ* Н 2 Синтез АТФ Окисление НАДФ* Н 2 Распад АТФ до АДФ и Ф. Фиксация СО 2 (Цикл Кальвина) Исходные вещества Вода, АДФ, Ф, НАДФ+ АТФ, НАДФ* Н 2 , рибулёзофосфат Образующиеся продукты НАДФ* Н 2 , АТФ Глюкоза, аминокислоты и т. п. Источник энергии Световая энергия Энергия АТФ Локализация Основные процессы

ФОТОСИНТЕЗ АЭРОБНЫЙ АНАЭРОБНЫЙ ВЫДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДА КИСЛОРОД НЕ ВЫДЕЛЯЕТСЯ

Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется: 1. 150 млрд. тонн органического вещества (первичная продукция). 2. Выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода.

1782 г. Швейцарский ученый Жан Сенебье • Доказал, что органические вещества в растениях образуются из углекислого газа, который под влиянием солнечного света разлагается в зеленых органоидах растений 1804 г. Французский физиолог растений Жак Буссенго • В ходе лабораторных работ пришел к выводу, что вода так же потребляется растениями при синтезе органических веществ 1864 г. Немецкий ботаник Юлиус Сакс • Доказал, что соотношение объемов поглощаемого углекислого газа и выделяемого кислорода равно 1: 1. продемонстрировал образование зерен крахмала при фотосинтезе

Факт • Фотосинтез- это процесс образование органического вещества. Причина • Необходимость растений в питательных веществах. Повод • Наличие в листьях воды и углекислого газа, поглощение солнечного света.

Сопутствующие события • Образование и выделение кислорода. Аналоги и сравнения • «Живая фабрика в листьях» Последствия • Рост и развитие растений, накопление органического вещества.

Решить биологические задачи: 1. В сочных яблоках находится запас органических веществ. Объясните, как произошло образование и накопление органических веществ в яблоке. 2. Учёные установили, что днём растение выделяет кислород, чего не происходит в темноте, а углекислый газ растение выделяет и ночью, и днём. Почему в разное время суток наблюдается разный газовый обмен? 3. Растение, растущее в сосуде с дистиллированной водой, плохо развивается, но долго не погибает. Почему?

Правильные ответы на Какие бывают фазы фотосинтеза?

Ответ на вопрос — Какие бывают фазы фотосинтеза?

2. Фотосинтез
Теория:
Фотосинтез — важнейший процесс, лежащий в основе возникновения и существования подавляющего большинства организмов на Земле.
Фотосинтез — это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (CO2) и воды (h3O) с использованием энергии света.
51.jpg

Хлоропласты в клетках растений и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зелёный пигмент — хлорофилл. Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни.
Пример:
этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет её. Электроны не падают обратно, а подхватываются молекулами переносчика электронов НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфата). При этом их энергия частично расходуется на образование АТФ.
Процесс фотосинтеза включает две последовательные фазы: световую и темновую.
Световая фаза
Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощённая хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Она осуществляется на свету, в мембранах гран тилакоидов, при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.
Световая фаза фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды.

На фотосинтетических мембранах гран хлоропластов происходят следующие процессы:

возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень; восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до НАДФ⋅Н2;фотолиз воды, происходящий при участии квантов света:

2h3O→4H++4e−+O2.

Результатами световых реакций являются:

фотолиз воды с образованием свободного кислорода; синтез АТФ; восстановление НАДФ+ до НАДФ⋅Н.

Обрати внимание!
В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в НАДФ⋅Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.
Синтез АТФ из АДФ за счёт энергии света — очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в 30 раз (!) больше АТФ, чем в митохондриях.

Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза. Дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.
Темновая фаза
Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают независимо от света.
Темновая фаза — процесс преобразования CO2 в глюкозу с использованием энергии, запасённой в молекулах АТФ и НАДФ⋅Н.
Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, куда из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ⋅Н и АТФ, накопленные в реакциях световой фазы фотосинтеза.

Источник углерода (CO2) растение получает из воздуха через устьица.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина по имени его открывателя.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал.

Помимо молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

Фотосинтез-общая-схема-процесса.jpg

Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза представлены в таблице.

Фотосинтез Уравнения.png
Значение фотосинтеза
1. В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов.

2. Фотосинтез обеспечивает постоянство уровня CO2 и O2 в атмосфере.

3. Фотосинтез обеспечивает образование органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ.

4. В верхних слоях воздушной оболочки Земли из кислорода образуется озон O3, из которого формируется защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от опасного для жизни воздействия ультрафиолетового излучения.

Все Вопросы

Биолого-почвенный факультет

Вопросы для самоподготовки по дисциплине Б1.Б.17 Физиология растений

Тема 1. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Физиология растений, 4 типа превращения: превращение вещества, энергии, информации, формы; лабораторный, вегетационный, полевой методы исследования; основные компоненты типичной растительной клетки, функции отдельных компартментов. Клеточная стенка, структурный компонент, матрикс, инкрустирующий и адкрустирующий компоненты и их функции, первичная, вторичная и третичная клеточная стенка, их биогенез, эволюция клеточной стенки, вакуоли, тонопласт. Внутриклеточные системы регуляции: ферментативная, генетическая, мембранная, рецепторно-конформационный принцип. Межклеточные системы регуляции: трофическая, гормональная, электро­физиологическая, потенциал покоя, действия. Диффузия и осмос, плазмолиз и его разновидности, осмотические показатели клетки и взаимосвязь между ними.

Контрольные вопросы по теме «Физиология растительной клетки»:

  1. Особенности строения растительной клетки, связанные с фотоавтотрофным типом питания.
  2. Химический состав и структура клеточной стенки растительных клеток.
  3. Функции клеточной стенки растительных клеток.
  4. Химический состав и функции вакуолей.
  5. Микротельца растительной клетки (глиоксисомы, пероксисомы, олеосомы) и их функции.
  6. Перечислите физиологические системы растительного организма с указанием их основных функций.
  7. Укажите, какой принцип положен в основу внутриклеточной регуляции процессов. На чём он основан?
  8. Ферментативная и генетическая регуляция внутриклеточных процессов. Охарактеризуйте их суть и кратко опишите.
  9. Изложите способы передачи внеклеточных сигналов в клетку.
  10. Кратко опишите межклеточные системы регуляции.

Пример тестовых заданий по теме «Физиология растительной клетки»:

1.          Раздел физиологии растений, в котором изучается цикл Кальвина

а) дыхание

б) водный режим

в) минеральное питание

г) фотосинтез

д) устойчивость

2.         Основателем физиологии растений как науки считают

а) Я. Шлейдена

б) В. Полевого

в) Ж. Сенебье

г) М. Чайлахяна

д) А. Фаминицына

3.         Основоположники клеточной теории

а) Гаффрон и Вольф

б) Кальвин и Бэнсон

в) Янсон и Левенгук

г) Мальпиги и Бэр

д) Шванн и Шлейден

4. Органоид растительной клетки, с которым наружная мембрана ядра имеет непосредственную связь

а) аппарат Гольджи

б) хлоропласт

в) эндоплазматический ретикулум

г) митохондрия

д) вакуоль

5. «Завод» по строительству элементов плазмалеммы и клеточной стенки с собственным «транспортным средством»

а) эндоплазматический ретикулум

б) ядро

в) аппарат Гольджи

г) рибосома

д) диктиосома

е) центриоль

6. Протопласт-цитоплазма=

а) плазмалемма

б) органоиды

в) гиалоплазма

г) ядро

д) клеточная стенка

е) ничего

7. Какие из перечисленных структур формируют цитоскелет растительной клетки?

а) центриоли

б) микротрубочки

в) микрофиламенты

г) включения

д) клеточная стенка

е) ядро

ж) вакуоль

8. Способный к автономному делению органоид, имеющийся как у растительных, так и у грибных клеток

а) аппарат Гольджи

б) хлоропласт

в) эндоплазматический ретикулум

г) митохондрия

д) центриоль

9. Клеточный органоид, к которому относится наибольшее число терминов из списка: тонопласт, хлорофилл, матрикс, грана, одинарная мембрана, хроматин, диктиосомы, тилакоид, везикулы, нуклеоплазма, кристы, строма, двойная мембрана, микротрубочки, цикл Кальвина, ламелла

а) ядро

б) аппарат Гольджи

в) хлоропласт

г) эндоплазматический ретикулум

д) митохондрия

10. Пластиды растительной клетки, основной функцией которых является накопление запасных веществ

а) хромопласты

б) лейкопласты

в) хлоропласты

г) пропластиды

д) этиопласты

 

Тема 2. ФОТОСИНТЕЗ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Хлоропласта, тилакоиды, граны, строма, ламеллы. Фотосинтетические пигменты: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины; сопряженная система связей, π-электроны, вакантные орбитали, способы дезактивации возбужденного состояния хлорофилла. Хроматическая адаптация. Светособирающие комплексы, реакционные центры, элентрон-транспортные цепи, АТФ-синтазный комплекс, водорасщепляющий комплекс. Фотофизический, фотохимический и энзиматический этапы световой фазы. Фотосистемы: принцип работы, характеристика переносчиков, причины создания протонного градиента. Виды фотофосфорилированиящиклический, нециклический, псевдоциклический.

Темновая фаза фотосинтеза: метод меченых атомов, фиксация углекислого газа, разнообразие путей восстановления СО2: цикл Кальвина, цикл Хэтча-Слэка, САМ-метаболизм, фотодыхание (линейное и циклическое), причины и условия фотодыхания, преимущество растений С4-типа перед растениями СЗ-типа.

Регуляция световой и темновой фаз: активность рибузодифосфат-карбоксилазы, дополнительный ССК2, геном и пластом, их взаимодействие, взаимодействие хлоропластов и цитоплазмы.

Экология фотосинтеза: спектр действия и ФАР, компенсационные пункты, ассимиляционное число, чистая и валовая продукция, продуктивность растений и пути повышения ее.

Контрольные вопросы по теме «Фотосинтез»:

  1. Что такое фотосинтез? И в чём его космическая и планетарная роль?
  2. Перечислите основные этапы формирования представлений о природе фотосинтеза.
  3. Назовите фотосинтетические пигменты растений, какова их роль? В чём заключается явление хроматической адаптации?
  4. На чём основано деление процесса фотосинтеза на световую и темновую фазы?
  5. Составьте схему преобразования энергии в процессе фотосинтеза.
  6. Дайте определение фотосинтетического фосфорилирования. Какие виды фотофосфорилирования Вам известны?
  7. Назовите основные продукты световой фазы фотосинтеза.
  8. Что такое темновая фаза фотосинтеза? Как связаны световая и темновая фазы?
  9. Какие пути ассимиляции СО2 в растениях Вам известны?

10. В чём сходство и различие ферментов рибулозодифосфаткарбоксилазы и фосфоенолпируваткарбоксилазы?

 

Пример тестовых заданий по теме «Фотосинтез»:

1. Балансовое уравнение фотосинтеза 6СО2+6Н2О=С6Н12О6+6О2 было предложено

а) Тимирязевым

б) Кальвином

в) Буссенго

г) Сенебье

д) Ингенхаузом

2. Фотосинтетический аппарат растительной клетки локализован в

а) клеточных мембранах

б) мембране хлоропластов

в) строме хлоропластов

г) мембране и строме хлоропластов

д) цитоплазме

3. Выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород отщепляется от:

а) СO2

б) Н2O

в) СО2 и Н2О

г) С6Н12O6

4. Гипотезу о существовании двух типов фотосистем впервые высказали

а) Эмерсон и Арнольд

б) Пельтье и Каванту

в) Кальвин и Бассэм

г) Тимирязев и Фаминицын

д) Шванн и Шлейден

5. Темновые реакции фотосинтеза протекают

а) на свету

б) в темноте

в) на свету и в темноте

6. Основными продуктами световой фазы фотосинтеза являются:

а) углеводы

б) АТФ

в) углеводы и АТФ

г) углеводы, АТФ и НАДФН2

д) АТФ и НАДФН2

7. Первичным акцептором электронов в ФС-1 является:

а) феофитин

б) ферродоксин

в) пластоцианин

г) одна из форм хлорофилла

8. Первичным акцептором электронов в ФС-2 является

а) феофитин

б) ферродоксин

в) пластоцианин

г) одна из форм хлорофилла

9. Передача энергии светового возбуждения от ССК в РЦ фотосистем осуществляется в ходе:

а) фотохимической стадии световой фазы

б) фотохимической стадии темновой фазы

в) фотофизической стадии световой фазы

г) фотофизической стадии темновой фазы

10. Процесс биосинтеза АТФ в ходе световой фазы без участия ФС-2

а) возможен

б) невозможен

 

Тема 3. ДЫХАНИЕ

Основные понятия и термины, обязательные для обучения:

Анаболизм, катаболизм, свободная энергия, переносчики свободной энергии, субстраты дыхания, дыхательный коэффициент, аэробные, анаэробные дегидрогеназы, оксидазы, разнообразие путей дыхания, гликолиз, субстратное фосфорилирование, окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование, цианидрезистентное дыхание у растений, анаэробное дыхание, пентозофосфатный путь окисления глюкозы, глиоксилатный цикл, глюконеогенез, немитохондриальные оксидазы, оксигеназы (моно- и ди-), активные формы кислорода, супероксиддисмутаза, каталаза, энергетический выход, центральная роль цикла Кребса в клеточном метаболизме, активные метаболиты, взаимосвязь углеводного, липидного и белкового обменов, анаплеротические реакции, экология дыхания, регуляция.

Контрольные вопросы по теме «Дыхание»:

  1. Охарактеризуйте значение процесса дыхания в жизнедеятельности растительного организма.
  2. Какие основные пути дыхания различают? В чём их значение?
  3. Составьте схему преобразования энергии в процессе аэробного дыхания.
  4. В чём сходство и различие субстратного и фосфорилирования мембранного типа как двух форм окислительного фосфорилирования?
  5. Перечислите, в какие метаболические пути может включаться конечный продукт гликолиза ПВК.
  6. Охарактеризуйте кратко глиоксилатный путь дыхания.
  7. Как связано дыхание с азотным обменом растений?
  8. Из какого промежуточного продукта дыхания образуются жирные кислоты?
  9. Составьте схему процессов, протекающих в растительной клетке. Для этого изобразить некую универсальную клетку, в которой происходят основные метаболические процессы как катаболические, так и анаболические, связанные между собой амфиболическим процессом – циклом Кребса. То есть в центре схемы находится цикл Кребса, которому отводится центральная роль в клеточном метаболизме.

Пример тестовых заданий по теме «Дыхание»:

1. К катаболическим (диссимиляционным) процессам относится

а) фотосинтез

б) трансляция

в) брожение

г) транскрипция

д) азотфиксация

2. Согласно современной теории биологического окисления в процессе дыхания происходит

а) присоединение кислорода к субстрату

б) передача электронов от донора к акцептору

в) передача протонов от донора к акцептору

г) передача протонов и электронов от донора к акцептору

д) высвобождение кислорода из субстрата

3. Балансовое уравнение С6Н12О6 + 6СО2= 6СО2 + 6Н2О реально протекающей при дыхании химической реакцией

а) является

б) не является

4. Процесс восстановления кислорода из воды и окисления субстрата до СО2 в ходе внутриклеточного дыхания:

а) разделены во времени протекания

б) разделены в пространстве

в) разделены во времени и пространстве

г) объединены во времени протекания и в пространстве

5. Макроэргические связи в молекуле АТФ образованы

а) остатками фосфорной кислоты

б) аминогруппой в аденине

в) группами ОН в рибозе

г) связью аденина с рибозой

д) связью рибозы с остатками фосфорной кислоты

6. В процессе дыхания АТФ образуется в результате фосфорилирования:

а) окислительного

б) окислительного и субстратного

в) окислительного, субстратного и фотофосфорилирования

г) восстановительного

7. Основным поставщиком АТФ на восстановительный пентозофосфатный цикл (образование глюкозы) в растительной клетке является

а) дыхание

б) брожение

в) свободное окисление

г) световая фаза фотосинтеза

8. Процесс, являющийся начальной стадией как дыхания, так и брожения:

а) субстратное фосфорилирование

б) окислительное декарбоксилирование ПВК в)гликолиз

г) образование ацетил-КоА

д) образование молочной кислоты

9. Конечными акцепторами электронов и протонов при брожении являются:

а) кислород

б) вода

в) различные органические вещества

г) СO2

д) коферменты НАД+ и НАДФ+

10. Аэробную фазу брожения составляет:

а) окислительное фосфорилирование

б) окислительное декарбоксилирование ПВК

в) гликолиз

г) гидролиз сахаров

д) ни один из перечисленных

 

Тема 4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Аномальные физико-химические свойства воды, водородные связи, поверхностное натяжение, адгезия, когезия. Свободная и связанная вода, осмотически связанная вода, коллоидно связанная вода, осмос, набухание биоколлоидов, осмотическое давление, уравнение Вант-Гоффа, тургор, сосущая сила, водный потенциал, матричный потенциал, гравитационный потенциал, осмотический потенциал, капиллярная вода, гравитационная вода, гигроскопическая вода, полевая влагоемкость, влажность завядания, мертвый запас, нижний концевой двигатель, верхний концевой двигатель, плач растений, гуттация, теория водного сцепления, кавитация, транспирация устьичная и кутикуллярная, замыкающие клетки, устьичная регуляция, показатели транспирации, пойкило- и гомойогидрические растения, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Контрольные вопросы по теме «Водный режим растений»:

  1. Какова роль воды в растении?
  2. Охарактеризуйте основные физические свойства воды.
  3. Состояние воды в растении.
  4. Какое значение имеют явление осмоса и процесс набухания биоколлоидов в поступлении воды в растение?
  5. Какие особенности имеет корневая система растения в связи с поглощением воды из почвы?
  6. Что является движущей силой поступления воды в растения?
  7. Зависит ли поступление воды от дыхания растения?
  8. Какие процессы определяют передвижение воды по растению?
  9. Как регулируется процесс поступления и процесс испарения воды растением?
  10. Какие типы приспособлений к недостатку влаги вы можете назвать?

Пример тестовых заданий по теме «Водный режим растений»:

1. При растворении солей количество кластеров в жидкой воде

а) уменьшается

б) увеличивается

в) не меняется

2. Соотношение скоростей поглощения и испарения воды растениями называется

а) водный режим

б) водный баланс

в) водообмен

г) водный дефицит

3. Тип связанной воды, наиболее свойственный для оболочек растительных клеток

а) коллоидно связанная

б) осмотически связанная

в) капиллярная

г) пленочная

4. Структура растительной клетки, содержащая наибольшее отношение объемов свободной воды к связанной (Vсвоб/Vсвяз):

а) цитоплазма

б) хлоропласт

в) ядро

г) вакуоль

д) клеточная стенка

5. Поступление воды в корень преимущественно осуществляется в зоне

а) корневого чехлика

б) растяжения

в) активных меристем

г) корневых волосков

д) ветвления

6. Радиальный транспорт воды в корне по апопластному пути происходит от ризодермы до:

а) эндодермы

б) паренхимы

в) перицикл

г) корневых волосков

д) сосудов ксилемы

7. Механизм восходящего тока воды у древесных растений при работе верхнего концевого двигателя объясняет теория:

а) адгезии

б) когезии

в) амнезии

г) гуттации

д) эвапорации

8. Сосущая сила клеток возрастает в системе:

а) корень-стебель-лист

б) лист-стебель-корень

в) стебель-корень-лист

9. Процесс транспирации запускает работу:

а) верхнего концевого двигателя

б) нижнего концевого двигателя

в) обоих механизмов

г) не связан с этими механизмами

10. Через раневые поверхности у лиственных деревьев в весенний период выделяется:

а) флоэмный сок

б) гутта

в) пасока

г) солод

д) вода

 

Тема 5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, необходимые для изучения:

Биогенные элементы, макро-, микро- и ультрамикроэлементы, зольные элементы, органогены, растения — аккумуляторы, отражатели, индикаторы, гуматы, цеолиты, почвенный поглощающий комплекс, контактный обмен, физико-химическая адсорбция, свободные пространства, доннановский электропотенциал, трансмембранный перенос катионов и анионов, АТФ-азы, пирофосфатазы, первичный и вторичный активный транспорт, ближний и дальний транспорт, метаболическая роль тканей корня, коэффициент распределения, синтетическая деятельность корней, аминирование и переаминирование , физиологическая роль макро- и микроэлементов, редукция нитратов, круговороты азота в растениях и в природе, химическая и биологическая азотфиксация, свободно живущие и симбиотические азотфиксаторы, нитрогеназный комплекс, леггемоглобин, бактероиды, Nod-факторы и nod-гены, клубеньки, инфекционная нить, аммонификация, нитрификация, денитрификация, круговорот серы и фосфора, минеральные удобрения, физиологически кислые, основные и нейтральные соли, простые, сложные и комплексные удобрения, микроудобрения, бактериальные удобрения, гидропоника.

Контрольные вопросы по теме «Минеральное питание растений»:

  1. Что такое органогены, макро-, микро- и ультрамикроэлементы?
  2. Как происходит транспорт ионов в клетку. В чём роль клеточных стенок и мембран?
  3. Как происходит транспорт ионов по тканям корня в радиальном направлении?
  4. В чём различие ксилемного и флоэмного транспорта?
  5. Восстановление нитратов до аммиака в зелёной водоросли хлорелла значительно ускоряется под влиянием света. Каков возможный механизм этого влияния?
  6. Проследите биохимические метаболические пути молекул углекислого газа в растении, начиная с атмосферы и заканчивая их появлением в той или иной аминокислоте.
  7. Поясок Каспари в эндодермальных клетках может играть роль в поглощении солей ксилемой корня, а также воды в условиях положительного корневого давления. Объясните функцию пояска Каспари в отмеченных явлениях.
  8. В чём заключается синтетическая деятельность корней? Приведите примеры.
  9. Что такое микориза и в чём её функция?

10.В чём сходство и различие свободноживущих, симбиотических и ассоциативных азотфиксаторов?

Пример тестовых заданий по теме «Минеральное питание растений»:

1. Основоположник теории минерального питания растений:

а) Прянишников

б) Гельмонт

в) Либих

г) Аристотель

д) Пристли

е) Сакс

2. Транспорт кислорода к бактероидам при симбиотическойазотфиксации осуществляет:

а) гемоглобин

б) нитрогеназа

в) леггемоглобин

г) молибден

д) оксигеназа

е) цитохромоксидаза

3. Соединение, присутствующее в составе растительной клетки в небольшом количестве:

а) белок

б) целлюлоза

в) липиды

г) вода

д) минеральные соли

4. Важнейшие органические соединения в растениях, в состав которых не входит азот:

а) хлорофиллы

б) белки

в) АТФ

г) ПВК

д) ФЕП-карбоксилаза

е) АБК

ж) НАДФН2

з) цитокинины

5. Вид транспорта минеральных веществ, к которому относится загрузка ксилемы и флоэмы:

а) простая диффузия

б) активный транспорт

в) облегченная диффузия

г) диффузия через ионные каналы

6. Форма взаимодействия ионов в растворе, при которой суммарный эффект воздействия на растение много больше суммы каждого эффекта?

а) антагонизм

б) синергизм

в) аддитивное действие

7. Бактерии рода нитробактер участвуют в процессе:

а) симбиотической азотфиксации

б) несимбиотической азотфиксации

в) аммонификации

г) нитрификации

д) денитрификации

8. Нитритредуктаза осуществляет катализ процесса:

а) восстановление NO3

б) восстановление молекулярного азота до аммония

в) восстановление NO2

г) аммонификация

д) аминирование кетокислот

е) окисление аммония до нитратов и нитритов

9. Карбоновые кислоты, участвующие в процессе первичного аминирования в ходе круговорота азота в растении:

а) яблочная

б) фумаровая

в) α-кетоглутаровая

г) изолимонная

д) аспарагиновая

е) глутаминовая

ж) ЩУК

10. Процесс азотного обмена в растениях, требующий затраты НАДФН2:

а) редукция нитратов

б) редукция нитритов

в) первичное аминирование кетокислот

г) переаминирование

д) образование амидов

е) дезаминирование

 

Тема 6. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Определение понятия рост, развитие, генотип, фенотип, морфогенез, органогенез, эмбриональная фаза роста клетки, фаза роста растяжением, фаза дифференциации клетки, старение и смерть дифференцированной клетки, базальный, апикальный, латеральный, интеркалярный типы роста, кривая роста Сакса: лог-фаза, лаг-фаза, фаза торможения роста, критерии роста, скорость роста, влияние внешних факторов на рост, фитогормоны: ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен, жасминовая кислота, брассинстероиды, их биогенез физиологические эффекты, место синтеза, транспорт, ростовые движения: тропизмы и настии, циркадные ритмы, сезонная периодичность, глубокий и вынужденный покой растений, скарификация, стратификация, метод теплых ванн. Этапы развития растений: эмбриональный, ювенильный, зрелости и размножения, старости и отмирания как этапы программы онтогенеза, влияние внешних условий на развитие растений — фотопериодизм, яровизация, роль фитохрома, криптохрома, антезина. Детерминация пола у растений.

Контрольные вопросы по теме «Рост и развитие растений»:

  1. Различие понятий «рост» и «развитие». Разделены ли эти процессы в жизни растений?
  2. Охарактеризуйте эмбриональную фазу развития клетки.
  3. Известно, что рост клеток растяжением – это быстрый рост. Чем он достигается? Почему он свойственен только растениям?
  4. Что происходит на этапе дифференциации в онтогенезе клетки?
  5. Кратко охарактеризуйте гормоны-активаторы.
  6. Кратко охарактеризуйте гормоны-ингибиторы.
  7. Типы роста растений. На чём основано выделение типов роста?
  8. Какую адаптивную роль выполняет покой растений? Чем отличаются вынужденный и глубокий виды покоя?
  9. Назовите фазы онтогенеза растений. Чем они отличаются друг от друга?
  10. В чём значение фотопериодизма и яровизации?

Пример тестовых заданий по теме «Рост и развитие растений»:

1. Фаза начального медленного роста растений, связанная с процессом первичной адаптации к внешним условиям

а) лаг-фаза

б) лог-фаза

в) экспоненциальная

г) фаза замедления роста

2. Критерии роста растений:

а) увеличение площади листьев

б) увеличение длины и толщины стебля

в) дифференцировка клеток

г) прирост биомассы

д) переход к генеративной фазе

е) увеличение содержания белков в клетках

3. Критерии развития растений

а) увеличение площади листьев

б) увеличение длины и толщины стебля

в) дифференцировка клеток

г) прирост биомассы

д) переход к генеративной фазе

е) увеличение содержания белков в клетках

4. В эмбриональную фазу онтогенеза растительной клетки происходят процессы:

а) роста растяжением

б) митоза

в) подготовки к делению

г) дифференцировки

д) интенсивного увеличения объема

5. В онтогенезе животных клеток, в отличие от растительных, отсутствует фаза:

а) эмбриональная

б) дифференцировки

в) замедления роста

г) роста растяжением

д) старения и смерти

6. В процессе старения растительной клетки цитоплазма:

а) закисляется

б) защелачивается

в) нейтрализуется

г) среда не меняется

7. Термин «многосетчатый рост» характеризует особенности роста:

а) наружной мембраны ядра

б) плазмалеммы

в) клеточной стенки

г) диктиосом аппарата Гольджи

д) цитоскелета

8. Набор хромосом, образующийся в результате слияния спермия с центральной клеткой зародышевого мешка у цветковых растений:

а) диплоидный

б) триплоидный

в) тетраплоидный

г) полиплоидный

9. Рост стебля покрытосеменных растений в длину обеспечивается меристемами:

а) апикальными

б) латеральными

в) интеркалярными

г) инициальными

д) маргинальными

10. Примерами травматической регенерации у растений являются:

а) восполнение отмерших клеток корневого чехлика

б) восстановление утраченных апикальных меристем

в) замена старых элементов флоэмы новыми

г) заживление ран

д) пасынкование и пикировка

 

Тема 7. УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Стресс, стрессоры, фазы стрессовой реакции у растений, гормоны-ингибиторы, механизмы устойчивости на клеточном, организменном и популяционном уровнях, биологическая и агрономическая устойчивость, холодостойкость, мороустойчивость, криопротекторы, теория закаливания, зимостойкость, выпревание, вымокание, ледяная корка, выпирание, зимняя засуха. Жаростойкость растений, термофилы, тепловой шок. анатомические приспособления, биохимическая адаптация, синтез белков теплового шока, шапероны, убиквитины. Солеустойчивость, гликофиты, галофиты: эугалофиты, нриногалофиты, гликогалофиты, хлоридный, сульфатный и карбонатный типы засоления, промывка почв, гипсование. Гипоксия, аноксия, активация гликолиза, обращение дикарбоновой части цикла Кребса, нитратное и сульфатное дыхание. Газоустойчивость и газочувствительность растений, ряд токсичности газов, кислые газы. Радиоустойчивость, прямое и косвенное воздействие радиации, ионизация молекул, радиолиз воды, теория мишеней, свободные радикалы, радиочувствительные этапы клеточного цикла и онтогенеза растений, радиопротекторы репарантные системы. Устойчивость к инфекционным заболеваниям, видовая и сортовая устойчивость, патогенные вирусы, грибы, бактерии, факультативные паразиты, факультативные сапрофиты, облигатные паразиты, некротрофы, биотрофы, патогенность, вирулентность, горизонтальная и вертикальная устойчивость, конститутивные и индуцированные механизмы устойчивости, фитоалексины, лектины, элиситеры, антиэлиситеры, олигосахарины.

Контрольные вопросы по теме «Устойчивость растений»:

  1. Какие механизмы стресса действуют па клеточном уровне? Расскажите о белках теплового шока?
  2. Расскажите о механизмах стресса на организменном уровне. Как ведёт себя популяция во время стресса?
  3. Какие приспособления имеются у растений для перенесения засухи?
  4. Что такое холодостойкость и чем она обеспечивается? Какие особенности характерны для морозостойких растений?
  5. Какую роль играет закаливание растений? Как оно протекает?
  6. Какие растения называются галофитами? Все ли они одинаково противостоят засолению?
  7. Чем определяется устойчивость растений к недостатку кислорода в среде при затоплении?
  8. Что такое эксгалаты? Какие различия в токсичности установлены для газов? Охарактеризуйте механизмы устойчивости растений к загрязнению воздуха.
  9. Чем опасно радиационное поражение для растений? Как определяется степень радиочувствительности растений? От чего она зависит?
  10. Какую роль для растений играет реакция сверхчувствительности?
  11. Что вы знаете о теории «ген на ген»?
  12. Какую роль в защите растений играют фитоалексины? Какую роль в защите растений играют фитонциды и фенолы?

Пример тестовых заданий по теме «Устойчивость растений»:

1 . Укажите основной стрессовый гормон растений:

а) ауксин

б) цитокинин

в) абсцизовая кислота

г) гиббереллин

2. Что из перечисленного не относится к механизмам стресса на клеточном уровне?

а) синтез стрессовых белков

б) закисление цитоплазмы

в) активизация покоящихся органов

г) увеличение проницаемости мембран

3. Тип засоления, не встречающийся в природе:

а) хлоридный

б) карбонатный

в) нитратный

г) сульфатный

4. Назовите наиболее морозоустойчивую фазу онтогенеза:

а) прорастание

б) ювенильная

в) фаза цветения

г) семена

5. Растения способны избегать перегрева от солнечных лучей благодаря:

а) вертикальной ориентировке листьев

б) сворачиванию листьев

в) листовой мозаике

г) восковому налету

6. Что из перечисленного не относится к биохимической адаптации растений к повышенной температуре?

а) стабильность биомембран

б) синтез БТШ

в) повышение концентрации органических кислот

г) синтез АБК

д) уменьшение размеров листовой пластинки

7. Какой группы галофитов не существует?

а) эугалофиты

б) криногалофиты

в) криогалофиты

г) гликогалофиты

8. Прямое действие радиации не вызывает в молекулах ДНК:

а) разрыв сахаро-фосфатных связей

б) дезаминирование азотистых оснований

в) образование димеров пиримидиновых оснований

г) замену пуриновых оснований на пиримидиновые

9. Назовите фазу клеточного цикла, наиболее устойчивую к воздействию радиации:

а) предсинтетическая

б) синтетическая

в) митотическая

г) цитокинез

10. Функцию радиопротекторов в клетке не выполняют:

а) глутатион

б) цистеин

в) аскорбиновая кислота

г) салициловая кислота

Примерный список вопросов к экзамену:

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и объект физиологии растений. Методы физиологии растений. Место зеленых растений в экономике природы. Задачи физиологии растений.

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

1. Особенности строения растительной клетки, связанные с типом питания.

2.Структура и функции одномембранных органелл растительной клетки.

3.Структура и функции двумембранных органелл растительной клетки.

4.Немембранные структуры растительной клетки, их функции.

5.Химический состав клеточных стенок растений, их структура, функции.

6.Вакуоли. Химический состав, биологические функции.

7.Основная стратегия регуляции внутриклеточных процессов. Генетическая регуляция.

8.Ферментативная и мембранная регуляция внутриклеточных процессов.

9.Общее представление о межклеточных системах регуляции.

ФОТОСИНТЕЗ

1.Общее уравнение фотосинтеза, значение этого процесса и история изучения фотосинтеза.

2.Пигменты фотосинтеза. Их структура, классификация и функции. Явление хроматической адаптации.

3.Хлорофилл. Структура и свойства, функции. Схема дезактивации возбужденного состояния хлорофилла.

4.Первичные реакции фотосинтеза (фотофизический и фотохимический этапы). Представление о ССК и РЦ.

5.Эффект усиления Эмерсона. Понятие о фотосистемах.

6.Характеристика основных компонентов фотосинтетической ЭТЦ.

7.Z–схема.

8.Q–цикл и его вклад в создание протонного градиента.

9.Механизм фотофосфорилирования.

  1.  Нециклическое, циклическое и псевдоциклическое фотофосфорилирование.
  2.  С3–путь восстановления СО2.
  3.  С4–путь и САМ-метаболизм.
  4.  Фотодыхание (определение, физиологическая роль).
  5.  Экология фотосинтеза.

ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ

1.Определение, значение, общее уравнение. Сходство и различие с фотосинтезом.

2.Гликолиз. Схема процесса, энергетический выход, значение для растений.

3.Цикл Кребса. Схема процесса, энергетический выход, значение.

4.Окислительное фосфорилирование.

5.Цианидрезистентное дыхание, его физиологическая роль.

6.Пентозофосфатный путь окисления глюкозы. Химизм, значение, связь с гликолизом.

7.Глиоксилатный цикл. Химизм, значение.

8.Глюконеогенез. Значение его для растений.

9.Центральная роль цикла Кребса в метаболизме растений.

  1.  Экология дыхания.

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

1.Развитие представлений о корневом питании растений (теории водного питания, гумусового, минерального).

2.Почва как субстрат, питающий растения. Формы нахождения питательных веществ в почве.

3.Незаменимые элементы минерального питания растений и их классификация.

4.Поступление минеральных веществ в растения. Роль клеточных стенок в процессах адсорбции минеральных веществ из почвы. Контактный обмен.

5.Метаболическая роль тканей корня. Транспорт веществ по растению.

6.Трансмембранный перенос веществ. Общая характеристика пассивного и активного транспорта. АТФазы, пирофосфатазы, ионные каналы.

7.Синтетическая деятельность корней.

8.Микориза и ее роль в корневом питании растений.

9. Физиологическая роль азота для растений. Форма нахождения N в природе и пути поступления в растения.

  1. Аммонификация, нитрификация и денитрификация.
  2. Химическая и биологическая азотфиксация. Свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы.
  3. Круговорот азота в природе.
  4. Редукция нитратов в растениях.
  5. Физиологическая роль P и S в растениях, метаболизм S.
  6. 15.  Физиологические основы применения удобрений. Классификация удобрений. Представление о гидропонике.

ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

1.Физико-химические свойства воды и биологические функции.

2.Формы воды в растительной клетке.

3.Растительная клетка как осмотическая система. Понятие о водном потенциале клетки и ее составляющих.

4.Формы воды в почве и уровни водообеспеченности почвы.

5.Строение корня как органа поглощения воды.

6.Ближний и дальний транспорт воды в растениях. Нижний и верхний концевые двигатели.

7.Транспирация и её регуляция.

8.Значение транспирационного тока. Показатели транспирации.

РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

1.Фитогормоны – стимуляторы роста (ауксины, гиббереллины, цитокинины).

2.Фитогормоны – ингибиторы (абсцизовая кислота, этилен).

3.Основные представления о росте и развитии.

4.Онтогенез растительной клетки.

5.Типы роста и его параметры.

6.Периодичность роста. Понятие о покое. Управление покоем.

7.Этапы индивидуального развития растений. Эмбриональный и ювенильный этапы.

8.Этапы зрелости и старения.

9.Факторы внешней среды, регулирующие развитие растений. Яровизация. Фотопериодизм.

Устойчивость растений

1.представление о стрессе, надежности, адаптации у растений.

2.Засухоустойчивость растений. Характеристика ксерофитов.

3.Устойчивость растений к низким  и высоким температурам.

4.Солеустойчивость и устойчивость к недостатку кислорода.

5.Газоустойчивость.

6.Радиоустойчивость.

 

Литература

а) основная литература

  1. Ботаника : учебник для вузов: В 4 т.: Пер. с нем. / П. Зитте [и др.]. — 35-е [нем.] изд. — М. : Академия, 2007 — . — 24 см. — ISBN 978-5-7695-2741-8. Т.2 : Физиология растений / ред. В. В. Чуб. — 2008. — 496 с. : ил. — Библиогр.: с. 460-476. — ISBN 978-5-7695-2745-6. (49 экз).
  2. Биология [Текст] : учебник : [учебник] / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. — Москва : Лаборатория знаний (ранее «БИНОМ. Лаборатория знаний»), 2013. — Режим доступа: ЭБС «Издательство «Лань». — Неогранич. доступ. — Пер. изд. : Biological science 1 & 2 / Taylor, Green. — [S. l.], [cop. 1997]. — ISBN 978-5-9963-2199-5 : Б. ц.

 

б) дополнительная литература

  1. Медведев С. С. Физиология растений [Текст] : учебник / С. С. Медведев. — СПб. : БХВ- Петербург, 2013. — 496 с. : ил. ; 24 см. — (Учебная литература для вузов). — Библиогр.: с. 483-486. — ISBN 978-5-9775-0716-5. (1 экз).
  2. Биохимия растений [Текст] : учебник / Г. -В. Хелдт ; пер. с англ. М. А. Брейгиной [и др.] ; ред.: А. М. Носов, В. В. Чуб. — М. : Бином. Лаборатория знаний, 2011. — 471 с. — ISBN 978-5-94774-795-9. (3 экз).
  3.  Физиология растений [Текст] : метод. указ. / Иркутский гос. ун-т, Науч. б-ка ; сост. А. А. Батраева и др. — Иркутск : ИГУ, 2008. — 1 эл. опт. диск (CD-ROM) ; 12 см. — (Труды ученых ИГУ). — Б. ц.

 

Как и где происходит процесс фотосинтеза у растений? Темновая и световая фаза фотосинтеза. Где протекает световая фаза фотосинтеза

Фотосинтез — это преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений.

Фотосинтез характерен для растений, в том числе всех водорослей, ряда прокариот, в том числе цианобактерий, некоторых одноклеточных эукариот.

В большинстве случаев при фотосинтезе в качестве побочного продукта образуется кислород (O 2). Однако это не всегда так, поскольку существует несколько разных путей фотосинтеза. В случае выделения кислорода его источником является вода, от которой на нужды фотосинтеза отщепляются атомы водорода.

Фотосинтез состоит из множества реакций, в которых участвуют различные пигменты, ферменты, коферменты и др. Основными пигментами являются хлорофиллы, кроме них — каротиноиды и фикобилины.

В природе распространены два пути фотосинтеза растений: C 3 и С 4 . У других организмов есть своя специфика реакций. Все, что объединяет эти разные процессы под термином «фотосинтез», – во всех них в общей сложности происходит преобразование энергии фотонов в химическую связь. Для сравнения: при хемосинтезе происходит преобразование энергии химической связи одних соединений (неорганических) в другие — органические.

Выделяют две фазы фотосинтеза — световую и темновую. Первая зависит от светового излучения (hν), которое необходимо для протекания реакций. Темновая фаза является светонезависимой.

У растений фотосинтез протекает в хлоропластах. В результате всех реакций образуются первичные органические вещества, из которых потом синтезируются углеводы, аминокислоты, жирные кислоты и др. Обычно суммарную реакцию фотосинтеза пишут в отношении глюкозы — наиболее распространенного продукта фотосинтеза :

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Атомы кислорода, входящие в молекулу O 2 , берутся не из углекислого газа, а из воды. Углекислый газ – источник углерода , что более важно. Благодаря его связыванию у растений появляется возможность синтеза органики.

Представленная выше химическая реакция есть обобщенная и суммарная. Она далека от сути процесса. Так глюкоза не образуется из шести отдельных молекул углекислоты. Связывание CO 2 происходит по одной молекуле, которая сначала присоединяется к уже существующему пятиуглеродному сахару.

Для прокариот характерны свои особенности фотосинтеза. Так у бактерий главный пигмент — бактериохлорофилл, и не выделяется кислород, так как водород берется не из воды, а часто из сероводорода или других веществ. У сине-зеленых водорослей основным пигментом является хлорофилл, и при фотосинтезе выделяется кислород.

Световая фаза фотосинтеза

В световой фазе фотосинтеза происходит синтез АТФ и НАДФ·H 2 за счет лучистой энергии. Это происходит на тилакоидах хлоропластов , где пигменты и ферменты образуют сложные комплексы для функционирования электрохимических цепей, по которым передаются электроны и отчасти протоны водорода.

Электроны в конечном итоге оказываются у кофермента НАДФ, который, заряжаясь отрицательно, притягивает к себе часть протонов и превращается в НАДФ·H 2 . Также накопление протонов по одну сторону тилакоидной мембраны и электронов по другую создает электрохимический градиент, потенциал которого используется ферментом АТФ-синтетазой для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Главными пигментами фотосинтеза являются различные хлорофиллы. Их молекулы улавливают излучение определенных, отчасти разных спектров света. При этом некоторые электроны молекул хлорофилла переходят на более высокий энергетический уровень. Это неустойчивое состояние, и по-идее электроны путем того же излучения должны отдать в пространство полученную из вне энергию и вернуться на прежний уровень. Однако в фотосинтезирующих клетках возбужденные электроны захватываются акцепторами и с постепенным уменьшением своей энергии передаются по цепи переносчиков.

На мембранах тилакоидов существуют два типа фотосистем, испускающих электроны при действия света. Фотосистемы представляют собой сложный комплекс большей частью хлорофильных пигментов с реакционным центром, от которого и отрываются электроны. В фотосистеме солнечный свет ловит множество молекул, но вся энергия собирается в реакционном центре.

Электроны фотосистемы I, пройдя по цепи переносчиков, восстанавливают НАДФ.

Энергия электронов, оторвавшихся от фотосистемы II, используется для синтеза АТФ. А сами электроны фотосистемы II заполняют электронные дырки фотосистемы I.

Дырки второй фотосистемы заполняются электронами, образующимися в результате фотолиза воды . Фотолиз также происходит при участии света и заключается в разложении H 2 O на протоны, электроны и кислород. Именно в результате фотолиза воды образуется свободный кислород. Протоны участвуют в создании электрохимического градиента и восстановлении НАДФ. Электроны получает хлорофилл фотосистемы II.

Примерное суммарное уравнение световой фазы фотосинтеза:

H 2 O + НАДФ + 2АДФ + 2Ф → ½O 2 + НАДФ · H 2 + 2АТФ



Циклический транспорт электронов

Выше описана так называемый нецикличная световая фаза фотосинтеза . Есть еще циклический транспорт электронов, когда восстановления НАДФ не происходит . При этом электроны от фотосистемы I уходят на цепь переносчиков, где идет синтез АТФ. То есть эта электрон-транспортная цепь получает электроны из фотосистемы I, а не II. Первая фотосистема как бы реализует цикл: в нее возвращаются ей же испускаемые электроны. По дороге они тратят часть своей энергии на синтез АТФ.

Фотофосфорилирование и окислительное фосфорилирование

Световую фазу фотосинтеза можно сравнить с этапом клеточного дыхания — окислительным фосфорилированием, которое протекает на кристах митохондрий. Там тоже происходит синтез АТФ за счет передачи электронов и протонов по цепи переносчиков. Однако в случае фотосинтеза энергия запасается в АТФ не для нужд клетки, а в основном для потребностей темновой фазы фотосинтеза. И если при дыхании первоначальным источником энергии служат органические вещества, то при фотосинтезе – солнечный свет. Синтез АТФ при фотосинтезе называется фотофосфорилированием , а не окислительным фосфорилированием.

Темновая фаза фотосинтеза

Впервые темновую фазу фотосинтеза подробно изучили Кальвин, Бенсон, Бэссем. Открытый ими цикл реакций в последствии был назван циклом Кальвина, или C 3 -фотосинтезом. У определенных групп растений наблюдается видоизмененный путь фотосинтеза – C 4 , также называемый циклом Хэтча-Слэка.

В темновых реакциях фотосинтеза происходит фиксация CO 2 . Темновая фаза протекает в строме хлоропласта.

Восстановление CO 2 происходит за счет энергии АТФ и восстановительной силы НАДФ·H 2 , образующихся в световых реакциях. Без них фиксации углерода не происходит. Поэтому хотя темновая фаза напрямую не зависит от света, но обычно также протекает на свету.

Цикл Кальвина

Первая реакция темновой фазы – присоединение CO 2 (карбоксилировани е ) к 1,5-рибулезобифосфату (рибулезо-1,5-дифосфат ) – РиБФ . Последний представляет собой дважды фосфорилированную рибозу. Данную реакцию катализирует фермент рибулезо-1,5-дифосфаткарбоксилаза, также называемый рубиско .

В результате карбоксилирования образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое в результате гидролиза распадается на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК) – первый продукт фотосинтеза. ФГК также называют фосфоглицератом.

РиБФ + CO 2 + H 2 O → 2ФГК

ФГК содержит три атома углерода, один из которых входит в состав кислотной карбоксильной группы (-COOH):

Из ФГК образуется трехуглеродный сахар (глицеральдегидфосфат) триозофосфат (ТФ) , включающий уже альдегидную группу (-CHO):

ФГК (3-кислота) → ТФ (3-сахар)

На данную реакцию затрачивается энергия АТФ и восстановительная сила НАДФ · H 2 . ТФ — первый углевод фотосинтеза.

После этого большая часть триозофосфата затрачивается на регенерацию рибулозобифосфата (РиБФ), который снова используется для связывания CO 2 . Регенерация включает в себя ряд идущих с затратой АТФ реакций, в которых участвуют сахарофосфаты с количеством атомов углерода от 3 до 7.

В таком круговороте РиБФ и заключается цикл Кальвина.

Из цикла Кальвина выходит меньшая часть образовавшегося в нем ТФ. В перерасчете на 6 связанных молекул углекислого газа выход составляет 2 молекулы триозофосфата. Суммарная реакция цикла с входными и выходными продуктами:

6CO 2 + 6H 2 O → 2ТФ

При этом в связывании участвую 6 молекул РиБФ и образуется 12 молекул ФГК, которые превращаются в 12 ТФ, из которых 10 молекул остаются в цикле и преобразуются в 6 молекул РиБФ. Поскольку ТФ — это трехуглеродный сахар, а РиБФ — пятиуглеродный, то в отношении атомов углерода имеем: 10 * 3 = 6 * 5. Количество атомов углерода, обеспечивающих цикл не изменяется, весь необходимый РиБФ регенерируется. А шесть вошедших в цикл молекул углекислоты затрачиваются на образование двух выходящих из цикла молекул триозофосфата.

На цикл Кальвина в расчете на 6 связанных молекул CO 2 затрачивается 18 молекул АТФ и 12 молекул НАДФ · H 2 , которые были синтезированы в реакциях световой фазы фотосинтеза.

Расчет ведется на две выходящие из цикла молекулы триозофосфата, так как образующаяся в последствии молекула глюкозы, включает 6 атомов углерода.

Триозофосфат (ТФ) — конечный продукт цикла Кальвина, но его сложно назвать конечным продуктом фотосинтеза, так как он почти не накапливается, а, вступая в реакции с другими веществами, превращается в глюкозу, сахарозу, крахмал, жиры, жирные кислоты, аминокислоты. Кроме ТФ важную роль играет ФГК. Однако подобные реакции происходят не только у фотосинтезирующих организмов. В этом смысле темновая фаза фотосинтеза – это то же самое, что цикл Кальвина.

Из ФГК путем ступенчатого ферментативного катализа образуется шестиуглеродный сахар фруктозо-6-фосфат , который превращается в глюкозу . В растениях глюкоза может полимеризоваться в крахмал и целлюлозу. Синтез углеводов похож на процесс обратный гликолизу.

Фотодыхание

Кислород подавляет фотосинтез. Чем больше O 2 в окружающей среде, тем менее эффективен процесс связывания CO 2 . Дело в том, что фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (рубиско) может реагировать не только с углекислым газом, но и кислородом. В этом случае темновые реакции несколько иные.

Фосфогликолат — это фосфогликолевая кислота. От нее сразу отщепляется фосфатная группа, и она превращается в гликолевую кислоту (гликолат). Для его «утилизации» снова нужен кислород. Поэтому чем больше в атмосфере кислорода, тем больше он будет стимулировать фотодыхание и тем больше растению будет требоваться кислорода, чтобы избавиться от продуктов реакции.

Фотодыхание — это зависимое от света потребление кислорода и выделение углекислого газа. То есть обмен газов происходит как при дыхании, но протекает в хлоропластах и зависит от светового излучения. От света фотодыхание зависит лишь потому, что рибулозобифосфат образуется только при фотосинтезе.

При фотодыхании происходит возврат атомов углерода из гликолата в цикл Кальвина в виде фосфоглицериновой кислоты (фосфоглицерата).

2 Гликолат (С 2) → 2 Глиоксилат (С 2) →2 Глицин (C 2) — CO 2 → Серин (C 3) →Гидроксипируват (C 3) → Глицерат (C 3) → ФГК (C 3)

Как видно, возврат происходит не полный, так как один атом углерода теряется при превращении двух молекул глицина в одну молекулу аминокислоты серина, при этом выделяется углекислый газ.

Кислород необходим на стадиях превращения гликолата в глиоксилат и глицина в серин.

Превращения гликолата в глиоксилат, а затем в глицин происходят в пероксисомах, синтез серина в митохондриях. Серин снова поступает в пероксисомы, где из него сначала получается гидрооксипируват, а затем глицерат. Глицерат уже поступает в хлоропласты, где из него синтезируется ФГК.

Фотодыхание характерно в основном для растений с C 3 -типом фотосинтеза. Его можно считать вредным, так как энергия бесполезно тратится на превращения гликолата в ФГК. Видимо фотодыхание возникло из-за того, что древние растения были не готовы к большому количеству кислорода в атмосфере. Изначально их эволюция шла в атмосфере богатой углекислым газом, и именно он в основном захватывал реакционный центр фермента рубиско.

C 4 -фотосинтез, или цикл Хэтча-Слэка

Если при C 3 -фотосинтезе первым продуктом темновой фазы является фосфоглицериновая кислота, включающая три атома углерода, то при C 4 -пути первыми продуктами являются кислоты, содержащие четыре атома углерода: яблочная, щавелевоуксусная, аспарагиновая.

С 4 -фотосинтез наблюдается у многих тропических растений, например, сахарного тростника, кукурузы.

С 4 -растения эффективнее поглощают оксид углерода, у них почти не выражено фотодыхание.

Растения, в которых темновая фаза фотосинтеза протекает по C 4 -пути, имеют особое строение листа. В нем проводящие пучки окружены двойным слоем клеток. Внутренний слой — обкладка проводящего пучка. Наружный слой — клетки мезофилла. Хлоропласты клеток слоев отличаются друг от друга.

Для мезофильных хлоропласт характерны крупные граны, высокая активность фотосистем, отсутствие фермента РиБФ-карбоксилазы (рубиско) и крахмала. То есть хлоропласты этих клеток адаптированы преимущественно для световой фазы фотосинтеза.

В хлоропластах клеток проводящего пучка граны почти не развиты, зато высока концентрация РиБФ-карбоксилазы. Эти хлоропласты адаптированы для темновой фазы фотосинтеза.

Углекислый газ сначала попадает в клетки мезофилла, связывается с органическими кислотами, в таком виде транспортируется в клетки обкладки, освобождается и далее связывается также, как у C 3 -растений. То есть C 4 -путь дополняет, а не заменяет C 3 .

В мезофилле CO 2 присоединяется к фосфоенолпирувату (ФЕП) с образованием оксалоацетата (кислота), включающего четыре атома углерода:

Реакция происходит при участии фермента ФЕП-карбоксилазы, обладающего более высоким сродством к CO 2 , чем рубиско. К тому же ФЕП-карбоксилаза не взаимодействует с кислородом, а значит не затрачивается на фотодыхание. Таким образом, преимущество C 4 -фотосинтеза заключается в более эффективной фиксации углекислоты, увеличению ее концентрации в клетках обкладки и следовательно более эффективной работе РиБФ-карбоксилазы, которая почти не расходуется на фотодыхание.

Оксалоацетат превращается в 4-х углеродную дикарбоновую кислоту (малат или аспартат), которая транспортируется в хлоропласты клеток обкладки проводящих пучков. Здесь кислота декарбоксилируется (отнятие CO 2), окисляется (отнятие водорода) и превращается в пируват. Водород восстанавливает НАДФ. Пируват возвращается в мезофилл, где из него регенерируется ФЕП с затратой АТФ.

Оторванный CO 2 в хлоропластах клеток обкладки уходит на обычный C 3 -путь темновой фазы фотосинтеза, т. е. в цикл Кальвина.


Фотосинтез по пути Хэтча-Слэка требует больше энергозатрат.

Считается, что C 4 -путь возник в эволюции позже C 3 и во многом является приспособлением против фотодыхания.

Фотосинтез – это совокупность процессов синтеза органических соединений из неорганических благодаря преобразованию световой энергии в энергию химических связей. К фототрофным организмам принадлежат зеленые растения, некоторые прокариоты – цианобактерии, пурпурные и зеленые серобактерии, растительные жгутиковые.

Исследования процесса фотосинтеза начались во второй половине XVIII века. Важное открытие сделал выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев, который обосновал учение о космической роли зеленых растений. Растения поглощают солнечные лучи и превращают световую энергию в энергию химических связей синтезированных ими органических соединений. Тем самым они обеспечивают сохранение и развитие жизни на Земле. Ученый также теоретически обосновал и экспериментально доказал роль хлорофилла в поглощении света в процессе фотосинтеза.

Хлорофиллы являются основными из фотосинтезирующих пигментов. По структуре они похожи на гем гемоглобина, но вместо железа содержат магний. Содержание железа необходимо для обеспечения синтеза молекул хлорофилла. Существует несколько хлорофиллов, которые отличаются своим химическим строением. Обязательным для всех фототрофов является хлорофилл а . Хлорофилл b встречается у зеленых растений, хлорофилл с – у диатомовых и бурых водорослей. Хлорофилл d характерен для красных водорослей.

Зеленые и пурпурные фотосинтезирующие бактерии имеют особые бактериохлорофиллы . Фотосинтез бактерий имеет много общего с фотосинтезом растений. Отличается он тем, что у бактерий донором водорода является сероводород, а у растений – вода. У зеленых и пурпурных бактерий нет фотосистемы II. Бактериальный фотосинтез не сопровождается выделением кислорода. Суммарное уравнение бактериального фотосинтеза:

6С0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6Н 2 0.

В основе фотосинтеза лежит окислительно-восстановительный процесс. Он связан с перенесением электронов от соединений-поставщиков электронов-доноров к соединениям, которые их воспринимают – акцепторам. Световая энергия превращается в энергию синтезированных органических соединений (углеводов).

На мембранах хлоропластов есть особые структуры – реакционные центры , которые содержат хлорофилла. У зеленых растений и цианобактерий различают две фотосистемы первую (I) и вторую (II) , которые имеют разные реакционные центры и связаны между собой через систему перенесения электронов.

Две фазы фотосинтеза

Состоит процесс фотосинтеза из двух фаз: световой и темновой.

Происходит лишь при наличии света на внутренних мембранах митохондрий в мембранах особых структур – тилакоидов . Фотосинтезирующие пигменты улавливают кванты света (фотоны). Это приводит к «возбуждению» одного из электронов молекулы хлорофилла. С помощью молекул-переносчиков электрон перемещается на внешнюю поверхность мембраны тилакоидов, приобретая определенную потенциальную энергию.

Этот электрон в фотосистеме I может возвратиться на свой энергетический уровень и восстанавливать ее. Может также передаваться НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Взаимодействуя с ионами водорода, электроны восстанавливают это соединение. Восстановленный НАДФ (НАДФ Н) поставляет водород для восстановления атмосферного С0 2 до глюкозы.

Подобные процессы происходят в фотосистеме II . Возбужденные электроны могут передаваться фотосистеме I и восстанавливать ее. Восстановление фотосистемы II происходит за счет электронов, которые поставляют молекулы воды. Молекулы воды расщепляются (фотолиз воды ) на протоны водорода и молекулярный кислород, который выделяется в атмосферу. Электроны используются для восстановления фотосистемы II. Уравнение фотолиза воды:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

При возвращении электронов из внешней поверхности мембраны тилакоидов на предыдущий энергетический уровень выделяется энергия. Она запасается в виде химических связей молекул АТФ, которые синтезируются во время реакций в обеих фотосистемах. Процесс синтеза АТФ с АДФ и фосфорной кислотой называется фотофосфорилированием . Некоторая часть энергии используется для испарения воды.

Во время световой фазы фотосинтеза образуются богатые энергией соединения: АТФ и НАДФ Н. При распаде (фотолизе) молекулы воды в атмосферу выделяется молекулярный кислород.

Реакции протекают во внутренней среде хлоропластов. Могут происходить как при наличии света, так и без него. Синтезируются органические вещества (С0 2 восстанавливается до глюкозы) с использованием энергии, которая образовалась в световой фазе.

Процесс восстановления углекислого газа является циклическим и называется циклом Кальвина . Назван в честь американского исследователя М. Кальвина, который открыл этот циклический процесс.

Начинается цикл с реакции атмосферного углекислого газа с рибулезобифосфатом. Катализирует процесс фермент карбоксилаза . Рибулезобифосфат – это пятиуглеродный сахар, соединенный с двумя остатками фосфорной кислоты. Происходит целый ряд химических преобразований, каждое из которых катализирует свой специфический фермент. Как конечный продукт фотосинтеза образуется глюкоза , а также восстанавливается рибулезобифосфат.

Суммарное уравнение процесса фотосинтеза:

6С0 2 + 6Н 2 0 → С 6 Н 12 О 6 + 60 2

Благодаря процессу фотосинтеза поглощается световая энергия Солнца и происходит преобразование ее в энергию химических связей синтезированных углеводов. По цепям питания энергия передается гетеротрофным организмам. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород. Весь атмосферный кислород имеет фотосинтетическое происхождение. Ежегодно выделяется свыше 200 млрд. тонн свободного кислорода. Кислород защищает жизнь на Земле от ультрафиолетового излучения, создавая озоновый экран атмосферы.

Процесс фотосинтеза малоэффективен, так как в синтезированное органическое вещество переводится лишь 1-2 % солнечной энергии. Связано это с тем, что растения недостаточно поглощают свет, часть его поглощается атмосферой и т. п. Большая часть солнечного света отражается от поверхности Земли назад в космос.

Фотосинтез — уникальная система процессов создания с помощью хлоро-филла и энергии света органических веществ из неорганических и выделения кислорода в атмосферу, реализуемая в огромных масштабах на суше и в воде.

Все процессы темновой фазы фотосинтеза идут без непосредственного потребления света, но в них большую роль играют высокоэнергетические ве-щества (АТФ и НАДФ.Н), образующиеся с участием энергии света, во время световой фазы фотосинтеза. В процессе темновой фазы энергия макроэнергетических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических соединений молекул углеводов. Это значит, что энергия солнечного света как бы консервируется в химических связях между атомами органических ве-ществ, что имеет огромное значение в энергетике биосферы и конкретно для жизнедеятельности всего живого населения нашей планеты.

Фотосинтез происходит в хлоропластах клетки и представляет собой синтез углеводов в хлорофиллоносных клетках, идущий с потреблением энергии сол-нечного света. Различают световую и темповую фазы фотосинтеза. Световая фаза при непосредственном потреблении квантов света обеспечивает про-цесс синтеза необходимой энергией в виде НАДН и АТФ. Темновая фаза — без участия света, но путем многочисленного ряда химических реакций (цикл Кальвина) обеспечивает образование углеводов, главным образом глюкозы. Значение фотосинтеза в биосфере огромно.

На этой странице материал по темам:

  • Фотосинтез световая и темновая фазы реферат

  • Темновая фаза фотосинтеза тест решать

  • Световая фаза и темновая процессы

  • Доклад на тему темновая фаза фотосинтеза

  • Световые реакции фотосинтеза протекают в

Вопросы по этому материалу:

Фотосинтез – синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света: 6СО 2 +6Н 2 О + Q света →С 6 Н 12 О 6 +6О 2 . Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза . Происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента – АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящеёся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду и фотолизу воды: Н 2 О+ Q света →Н + +ОН — . Ионы гидроксида отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы ∙ОН: ОН — →∙ОН+е — . Радикалы ∙ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород: 4НО∙→ 2Н 2 О+О 2 . Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н + заряжается положительно, с другой за счет электронов – отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идёт на восстановление специфицеского переносчика НАДФ + до НАДФ∙Н 2: 2Н + +2 е — + НАДФ→ НАДФ∙Н 2 . Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1)синтез АТФ; 2) образование НАДФ∙Н 2 ; 3) образование кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ∙Н 2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза . Происходит в строме хлоропласта. Для её реакций нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют цепочку последовательных преобразований углекислого газа (из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. Сначала происходит фиксация СО 2 , акцептором является сахар рибулозобифосфат, катализируется рибулозобифосфаткарбоксилазой. В результате карбоксилирования рибулозобифосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты. Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов ФГК преобразуется в глюкозу. Используется энергия АТФ и и НАДФ·Н 2 образованых в световую фазу. (Цикл Кальвина).

23. Реакции ассимиляции со2 в темновой фазе фотосинтеза.

Цикл Кальвина – главный путь ассимиляции СО 2 . Фаза декарбоксилирования — углекислый газ, связываясь с рибулозобифосфатом, образует две молекулы фосфоглицерата. Эту реакцию катализирует рибулозобифосфат карбосилаза.

Объяснение такого объемного материала, каким является фотосинтез, лучше проводить на двух спаренных уроках – тогда не теряется целостность восприятия темы. Урок необходимо начать с истории изучения фотосинтеза, строения хлоропластов и проведения лабораторной работы по изучению хлоропластов листа. После этого необходимо перейти к изучению световой и темновой фаз фотосинтеза. При объяснении реакций, происходящих в этих фазах, необходимо составить общую схему:

По ходу объяснения надо нарисовать схему световой фазы фотосинтеза .

1. Поглощение кванта света молекулой хлорофилла, которая находится в мембранах тилакоидов гран, приводит к потере ею одного электрона и переводит ее в возбужденное состояние. Электроны переносятся по электронтранспортной цепи, что приводит к восстановлению НАДФ + до НАДФ Н.

2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны молекул воды – так вода под действием света подвергается разложению (фотолизу). Образовавшиеся гидроксилы ОН– становятся радикалами и объединяются в реакции 4 ОН – → 2 H 2 O +O 2 , приводящей к выделению в атмосферу свободного кислорода.

3. Ионы водорода Н+ не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, заряжая его положительно, что приводит к увеличению разности электрических потенциалов (РЭП) на мембране тилакоида.

4. При достижении критической РЭП протоны устремляются по протонному каналу наружу. Этот поток положительно заряженных частиц используется для получения химической энергии с помощью специального ферментного комплекса. Образовавшиеся в результате молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода.

5. Ионы водорода, вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление переносчика НАДФ + .

Спонсор публикации статьи группа компаний «Арис». Производство, продажа и аренда строительных лесов (рамные фасадные ЛРСП, рамные высотные А-48 и др.) и вышек-тур (ПСРВ «Арис», ПСРВ «Арис компакт» и «Арис-дачная», помосты). Хомуты для строительных лесов, строительные ограждения, колесные опоры для вышек. Узнать подробнее о компании, посмотреть каталог продукции и цены, контакты Вы сможете на сайте, который располагается по адресу: http://www.scaffolder.ru/.

После рассмотрения данного вопроса, проанализировав его еще раз по составленной схеме, предлагаем учащимся заполнить таблицу.

Таблица. Реакции световой и темновой фаз фотосинтеза

После заполнения первой части таблицы можно перейти к разбору темновой фазы фотосинтеза .

В строме хлоропласта постоянно присутствуют пентозы – углеводы, представляющие собой пятиуглеродные соединения, которые образуются в цикле Кальвина (цикл фиксации углекислого газа).

1. К пентозе присоединяется углекислый газ, образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое распадается на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

2. Молекулы ФГК принимают от АТФ по одной фосфатной группе и обогащаются энергией.

3. Каждая из ФГК присоединяет по одному атому водорода от двух переносчиков, превращаясь в триозу. Триозы, объединяясь, образуют глюкозу, а затем крахмал.

4. Молекулы триозы, объединяясь в разных сочетаниях, образуют пентозы и вновь включаются в цикл.

Суммарная реакция фотосинтеза:

Схема. Процесс фотосинтеза

Тест

1. Фотосинтез осуществляется в органеллах:

а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) хлоропласты;
г) хромопласты.

2. Пигмент хлорофилл сосредоточен в:

а) оболочке хлоропласта;
б) строме;
в) гранах.

3. Хлорофилл поглощает свет в области спектра:

а) красной;
б) зеленой;
в) фиолетовой;
г) во всей области.

4. Свободный кислород при фотосинтезе выделяется при расщеплении:

а) углекислого газа;
б) АТФ;
в) НАДФ;
г) воды.

5. Свободный кислород образуется в:

а) темновой фазе;
б) световой фазе.

6. В световой фазе фотосинтеза АТФ:

а) синтезируется;
б) расщепляется.

7. В хлоропласте первичный углевод образуется в:

а) световой фазе;
б) темновой фазе.

8. НАДФ в хлоропласте необходим:

1) как ловушка для электронов;
2) в качестве фермента для образования крахмала;
3) как составная часть мембраны хлоропласта;
4) в качестве фермента для фотолиза воды.

9. Фотолиз воды – это:

1) накопление воды под действием света;
2) диссоциация воды на ионы под действием света;
3) выделение водяных паров через устьица;
4) нагнетание воды в листья под действием света.

10. Под воздействием квантов света:

1) хлорофилл превращается в НАДФ;
2) электрон покидает молекулу хлорофилла;
3) хлоропласт увеличивается в объеме;
4) хлорофилл превращается в АТФ.

ЛИТЕРАТУРА

Богданова Т. П., Солодова Е.А. Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: ООО «АСТ-Пресс школа», 2007.

Фотосинтез

Фотосинтез — процесс синтеза органических веществ за счет энергии света. Организмы, которые способны из неорганических соединений синтезировать органические вещества, называют автотрофными. Фотосинтез свойственен только клеткам автотрофных организмов. Гетеротрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Клетки зеленых растений и некоторых бактерий имеют специальные структуры и комплексы химических веществ, которые позволяют им улавливать энергию солнечного света.

Роль хлоропластов в фотосинтезе

В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.

Световая фаза фотосинтеза

Квант красного света, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный светом электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, который также приобретает потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон, как по ступеням, перемещается по цепи сложных органических соединений, встроенных в хлоропласт. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ. Растративший энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает электрон хлорофилла. Он снова проходит по тому же пути, расходуя энергию на образования молекул АТФ. Ионы водорода и электроны, необходимые для восстановления молекул-носителей энергии, образуются при расщеплении молекул воды. Расщепление молекул воды в хлоропластах осуществляется специальным белком под воздействием света. Называется этот процесс фотолизом воды. Таким образом, энергия солнечного света непосредственно используется растительной клеткой для: 1. возбуждения электронов хлорофилла, энергия которых далее расходуется на образование АТФ и других молекул-носителей энергии; 2. фотолиза воды, поставляющего ионы водорода и электроны в световую фазу фотосинтеза. При этом выделяется кислород как побочный продукт реакций фотолиза. Этап, в течение которого за счет энергии света образуются богатые энергией соединения — АТФ и молекулы-носители энергии, называют световой фазой фотосинтеза.

Темновая фаза фотосинтеза

В хлоропластах есть пятиуглеродные сахара, один из которых рибулозодифосфат, является акцептором углекислого газа. Особый фермент связывает пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуется соединения, которые ща счет энергии АТФ и иных молекул-носителей энергии восстанавливаются до шестиуглеродной молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, преобразованная в течение световой фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей энергии, используется для синтеза глюкозы. Эти процессы могут идти в темноте. Из растительных клеток удалось выделить хлоропласты, которые в пробирке под действием света осуществляли фотосинтез — образовывали новые молекулы глюкозы, при этом поглощали углекислый газ. Если прекращали освещать хлоропласты, то приостанавливался и синтез глюкозы. Однако если к хлоропластам добавляли АТФ и восстановленные молекулы-носители энергии, то синтез глюкозы возобновлялся и мог идти в темноте. Это означает, что свет действительно нужен только для синтеза АТФ и зарядки молекул-носителей энергии. Поглощение углекислого газа и образование глюкозы в растениях называют темновой фазой фотосинтеза, поскольку она может идти в темноте. Интенсивное освещение, повышенное содержание углекислого газа в воздухе приводят к повышению активности фотосинтеза.


Другие заметки по биологии

Фотосинтез

Фотосинтез — это производство органических соединений из неорганических молекул с использованием энергии света, улавливаемой хлорофиллом.

ХЛОРОПЛАСТ

Углекислый газ + Вода + Свет >> Глюкоза + Кислород

хлорофилл:

6CO2 + 6h3O + Легкий >> C6h22O6 + 6O2

Расположение хлорофилла в фотосинтезирующих растительных клетках

Хлорофилл присутствует во внутренних зеленых оболочках хлоропластов.

Материал внутри хлоропласта называется стромой. Внутри стромы находятся стопки тилакоидов, суборганелл, которые являются местом фотосинтеза. Тилакоиды расположены стопками, называемыми гранами (в единственном числе: граны). Тилакоид имеет форму уплощенного диска. Внутри него находится пустая область, называемая тилакоидным пространством или просветом. Световая фаза фотосинтеза протекает на тилакоидной мембране. В строме протекает темновая фаза фотосинтеза. Обратите внимание, что хлоропласт окружен двойной мембраной.

ЭНЕРГИЯ ДЛЯ ФОТОСИНТЕЗА

Энергия, необходимая для фотосинтеза, получается из солнечного света (или искусственного света). Зеленое растение хранит эту энергию в форме АТФ (аденозинтрифосфата), а затем использует эту энергию для осуществления фотосинтеза.

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ ФОТОСИНТЕЗА (обычный уровень)

1. Свет поглощается хлоропластами листа.

2. Энергия света используется для расщепления молекул воды.

3. При распаде воды выделяются кислород, электроны и протоны (H+, ионы H)
a.Электроны идут к хлорофиллу.
б. Протоны хранятся в хлоропластах.
с. Кислород выходит из хлоропласта. Некоторые из них будут использованы митохондриями для аэробного дыхания, а остальные будут переданы в атмосферу.

4. Часть световой энергии переносится в хлорофилл для формирования высокоэнергетических электронов.

5. Высокоэнергетические электроны и накопленные протоны соединяются с углекислым газом, образуя глюкозу. (С6х22О6)

На этой диаграмме представлены 5 событий, перечисленных выше:

Источник углекислого газа в клетках листа

Углекислый газ в воздухе является основным источником для листьев растений.Также второстепенным источником является углекислый газ, вырабатываемый митохондриями растения во время аэробного дыхания. Углекислый газ, растворенный в воде, является основным источником для водных растений.

Источник воды в клетках листьев

Основным источником является вода из почвы. Он переносится на листья в ткани ксилемы. Некоторое количество воды вырабатывается также митохондриями клеток листа при аэробном дыхании.

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ ФОТОСИНТЕЗА (высший уровень)

Фотосинтез протекает в две стадии; светлая сцена и темная сцена.Световая стадия нуждается в свете, поэтому ее называют светозависимой стадией. Темновая стадия называется светонезависимой стадией.

СВЕТОВАЯ СЦЕНА

Световая стадия протекает в тилакоидных мембранах хлоропластов. События световой сцены следующие:

1. Поглощение света: все цвета белого света (кроме зеленого света) поглощаются пигментами хлоропластов.

2. Передача энергии: Энергия передается электронам. Эти электроны становятся электронами высокой энергии.В хлоропластах находятся акцепторы электронов.

После того, как акцептор электронов получит электроны высокой энергии, электроны будут течь по одному из двух путей:

Путь 1 (циклический перенос электронов): Электроны высокой энергии проходят через серию акцепторов электронов (система переносчиков электронов), а затем возвращаются к молекуле хлорофилла. Когда они проходят через акцепторы, они теряют энергию. Эта энергия содержится в молекулах АДФ. Он используется для соединения с еще одной молекулой фосфата с образованием АТФ и воды.Это молекула с высокой энергией.

Присоединение молекулы фосфата к АДФ называется фосфорилированием. Поскольку необходим свет, такое добавление фосфата называется фотофосфоилированием.

ЭТА ДИАГРАММА ИЗОБРАЖАЕТ ПУТЬ 1:

Путь 2 (нециклический перенос электронов): Как и на этапе 1, электрон получает энергию от солнечного света. Электрон переходит от акцептора к акцептору, но не возвращается к хлорофиллу. Когда электрон движется от акцептора к акцептору, он передается НАДФ+.Это приводит к тому, что НАДФ+ становится нейтральным. Эта молекула НАДФ получает еще один электрон и становится НАДФ- (отрицательной). Отрицательный НАДФ- притягивает протон +, который ранее высвобождался при распаде воды. Молекула теперь становится НАДФН.

НА ЭТОЙ ДИАГРАМЕ ИЗОБРАЖЕН ПУТЬ 2:

ОБЗОР СВЕТОВОЙ ЭТАПЫ

Энергия света используется для производства АТФ.
Энергия света используется для производства НАДФН из НАДФ+.
Газообразный кислород производится как побочный продукт. Это покинет растение через листья или будет использоваться растением для дыхания.

ТЕМНАЯ СТАДИЯ (ЦИКЛ КАЛЬВИНА)

Темновая стадия протекает в строме хлоропласта. В отличие от светлой стадии, темная стадия контролируется ферментами и, следовательно, зависит от температуры. Фермент представляет собой оксигеназу рибулозобисфосфаткарбоксилазы
(RUBISCO). В этом цикле АТФ и НАДФН, образующиеся на световой стадии, обеспечивают энергию и электроны для превращения углекислого газа (CO2) в молекулы углеводов (CHO). Хотя эта стадия называется темной стадией, она происходит на свету, а также в темноте, пока еще доступны продукты световой фазы.

Темновая стадия функционирует при наличии АТФ, НАДФН и углекислого газа. По завершении этой стадии АДФ, фосфор и НАДФ+ перерабатываются для использования на легкой стадии.

ИТОГО:

На этой диаграмме показана зависимость Светлой и Темной стадий друг от друга.

На светлой стадии вырабатываются НАДФН и АТФ, которые используются на темной стадии. Темновая стадия отправляет АДФ, Р и НАДФ+ обратно к тилакоидам для использования на световой стадии.

 

 

Темновые реакции фотосинтеза

Эта страница создана Джимом Бидлаком, Университет Центральной Оклахомы, на основе оригинальной деятельности Бьёрна Виднеса, Норвежский центр научного образования, Като Тандберг, Университет Осло, Венче Эрлиен, Норвежский центр научного образования, Грэма Кента, Грант-колледж, Джойс Диван, Политехнический институт Ренсселера, Джон Кирк, Science Graphics, Родни Бойер, John Wiley & Sons Publishers, Inc. , Майк Тайри, Технологический институт Вирджинии, и Джон Уайтмарш и Говинджи, Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн.

Профиль автора
  1. Это задание прошло экспертную оценку.

    Это задание прошло рецензирование, в ходе которого отправленные действия сравниваются с набором критериев. В коллекцию добавлены действия, соответствующие или измененные для соответствия этим критериям. Чтобы узнать больше о критериях проверки, см. [http://taste.merlot.org/evaluationcriteria.html]. Дополнительную информацию о процессе рецензирования можно найти по адресу [http://taste.merlot.org/peerreviewprocess.html].


Эта страница впервые опубликована: 11 августа 2010 г.
Данный материал тиражирован на ряде сайтов как часть Резюме проекта

педагогической службы SERC

Рисунки и визуализации используются, чтобы помочь участникам осмыслить место и этапы темновых реакций фотосинтеза.

Цели обучения

  • Определите, где в листе происходят темновые реакции фотосинтеза.
  • Узнайте о пути, по которому углекислый газ первоначально соединяется с 3-фосфоглицериновой кислотой, в конечном итоге образуя накопленные углеводы.
  • Перечислите важность фермента, рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы, и его вклад в этапы цикла Кальвина.
  • Узнайте, как темновые реакции способствуют накоплению энергии в форме фиксированных углеводов.

Контекст для использования

Эта стратегия обучения темновым реакциям фотосинтеза представляет собой одно- или двухчасовую презентацию с рисунками и визуализациями того, как углекислый газ «фиксируется» циклом Кальвина для облегчения накопления энергии в виде углеводов.

Описание и учебные материалы

  1. Используйте настоящий лист двудольных растений или нарисуйте изображение этого листа на листе бумаги и разрежьте его пополам. Объясните, что световые и темновые реакции фотосинтеза происходят внутри специализированных клеток, которые находятся на краю листа и проходят через его внутреннюю часть.
  2. Нарисуйте край листа, показав несколько слоев клеток внутри, включая верхний эпидермис, столбчатую паренхиму, губчатую паренхиму, среднюю жилку с сосудистой тканью и нижний эпидермис. См. http://www.merlot.org/merlot/ viewMaterial.htm?id=281356 для обзора того, где в листе происходят световые реакции, а затем см. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=481172 для получения подробной информации о темных реакциях.
  3. Укажите место фотосинтетических реакций в палисадной и губчатой ​​паренхиме и нарисуйте одну клетку, изобразив несколько хлоропластов в цитоплазме этой клетки.Объясните, что реакции фотосинтеза протекают в хлоропластах.
  4. Нарисуйте хлоропласт, показав строму и тилакоиды. Объясните, что темновые реакции фотосинтеза происходят в строме http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=481172. Некоторые участники могут лучше понять, что хлоропласт «похож» на тарелку со стопкой блинов — блины представляют тилакоиды, а сироп — строму.
  5. Объясните, что углекислый газ поступает через устьичный аппарат и диффундирует в клетки паренхимы, где может участвовать в реакциях цикла Кальвина.
  6. Укажите, что фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа (РУБИСКО) катализирует соединение диоксида углерода с рибулозобисфосфаткарбоксилазой/оксигеназой (РУБИСКО) с образованием двух молекул 3-фосфоглицериновой кислоты.
  7. Упомяните, что фотосинтезирующие организмы (как водные, так и наземные) многочисленны на Земле и что этот фермент очень распространен в растениях, что делает его самым распространенным ферментом на Земле.
  8. Покажите этапы и попросите участников нарисовать основные этапы цикла Кальвина, см. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=79769, а более подробную информацию об отдельных этапах и молекулярных структурах см. на http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=481167.
  9. Объясните, что фермент RUBISCO не всегда фиксирует углекислый газ, и кислород может конкурировать с углекислым газом, что приводит к процессу, называемому фотодыханием. См. ссылку в последнем разделе на http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=80033.
  10. Кратко объясните, как некоторые растения, называемые растениями С-4 (в отличие от растений С-3), имеют фермент фосфоенолпируват (ФЕП)карбоксилазу, и этот фермент имеет более высокое сродство к диоксиду углерода, что является одной из основных причин, почему Установки C-4 могут быть более эффективными в сухом и жарком климате http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=444380.

Вспомогательные файлы:

Учебные заметки и советы

Эта стратегия обучения предлагает более практический подход к темным реакциям фотосинтеза, который помогает учащимся визуализировать, как углекислый газ попадает в лист и преобразуется в накопленную энергию. Обычно студентам требуется две лекции, чтобы получить полное представление о том, когда и как происходят эти реакции. С помощью рисунков и визуализаций клеток листа и происходящих реакций учащиеся получают более практическое представление о том, как происходят эти процессы. Прежде чем приступать к этой теме, участники должны иметь некоторое представление о морфологии растений и клеточной биологии. Обычно хорошо понимают, где происходят реакции, но немного сложнее понять конкретные этапы. Анимация и визуализация этих тем (см. Ссылки и ресурсы ниже), перемежающиеся во время обсуждения, помогают участникам активно участвовать в процессе обучения.

Оценка

Участники могут быть проверены на понимание этого учебного материала с помощью экзаменов с несколькими вариантами ответов, кратких ответов или эссе.Несколько примеров вопросов включены в рабочий лист под названием «Вопросы — темные реакции фотосинтеза».

Ссылки и ресурсы

Описание MERLOT и ссылка на «Растения C3, C4 и CAM», в котором содержится информация о фотодыхании и альтернативных путях у растений C4. См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=444380

Описание MERLOT и ссылка на «Цикл Кальвина (Фотосинтез)», который представляет собой сайт, на котором представлена ​​анимированная трехступенчатая версия темновых реакций фотосинтеза. См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=79769

Описание MERLOT и ссылка на «Цикл Кальвина — реакции фотосинтеза углерода», который включает подробную информацию о каждом из этапов цикла Кальвина, молекулярные структуры и информацию об участвующих ферментах. См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=481172

Описание MERLOT и ссылка на «Темные реакции фотосинтеза», в котором представлена ​​анимация цикла Кальвина, а также детали задействованных молекулярных структур.См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=481167

Описание MERLOT и ссылка на «Интерактивный анимированный учебник по фотосинтезу», который включает обзор световых и темновых реакций фотосинтеза, а также фотодыхания. См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=80033

Описание MERLOT и ссылка на «Видео о фотосинтезе», в котором содержится отличный обзор и руководство о том, где происходит фотосинтез в листе. См. http://www.merlot. org/merlot/viewMaterial.htm?id=281356

Описание MERLOT и ссылка на «Процесс фотосинтеза», который включает исчерпывающую статью о фотосинтезе и ссылки на все рисунки из оригинальной статьи. См. http://www.merlot.org/merlot/viewMaterial.htm?id=85664

Процесс фотосинтеза – обзор

3.11.2.1 Общие положения

У растений, водорослей и цианобактерий в процессе фотосинтеза высвобождается O 2 и удаляется CO 2 из атмосферы и используется для синтеза углеводов в соответствии со следующей реакцией :

6CO2+12h3O+световая энергия→6(Ch3O)+6O2+6h3O

Фотосинтез состоит из двух световых реакций и процесса фиксации углерода.Преобразование световой энергии в биохимическую происходит посредством фотохимической реакции через фотосистемы II (ФС II) и I (ФС I), которые работают не одновременно, а последовательно. Процесс фиксации углерода представляет собой восстановление CO 2 до органических соединений за счет использования этой биохимической энергии ферментами цикла Кальвина.

Ранние исследования с использованием освещенной смеси хлоропластов шпината, клостридиальной гидрогеназы и ферредоксина показали, что H 2 происходит из воды и ингибируется O 2 , образующимся во время реакции.В процессе фотосинтеза зеленые водоросли окисляют воду и выделяют O 2 с использованием энергии света, которая, в свою очередь, поглощается ФС II. При этом образуются электроны, которые передаются ферредоксину за счет использования энергии света, поглощаемой PS I. Обратимая гидрогеназа зеленых водорослей принимает электроны непосредственно от восстановленного ферредоксина (Fd) с образованием H 2 . Следующее уравнение демонстрирует эту реакцию:

2H++2Fdвосстановление→h3+2Fdокисление

Хотя зеленые водоросли обладают генетическим, ферментативным, метаболическим и транспортным механизмом для производства H 2 , устойчивое фотопродуцирование H 2 не наблюдалось из-за чувствительности O 2 гидрогеназы [1, 4, 5]. На основании этого явления продукцию водорослей H 2 путем биофотолиза воды можно разделить на два типа: прямую и непрямую. Они схематически представлены следующими реакциями:

прямой фотолиз: 2h3O+свет→2h3+O2

непрямой фотолиз: 6h3O+6CO2+свет→6(Ch3O)+6O2

6(Ch3O)+2h3O→4h3+2CO2 +2Ch4COOH

Прямой биофотолиз связывает восстановитель, полученный в результате фотосинтеза, непосредственно с гидрогеназой, одновременно производя O 2 и H 2 .Косвенные процессы разделяют эти реакции посредством фиксации CO 2 .

При прямом фотолизе производство H 2 ограничено, поскольку гидрогеназа ингибируется O 2 , образующимся из H 2 O. Напротив, непрямой фотолиз разделяет производство O 2 и H 2 на аэробные и анаэробные фазы (временно) или на отсеки (пространственно). Следовательно, O 2 не будет вступать в контакт с ферментами, ответственными за производство H 2 . Это делает систему более устойчивой.

Недавний метод, разработанный для решения проблем ингибирования гидрогеназы кислородом при прямом фотолизе зелеными водорослями, — лишение питательных веществ. В условиях лимитирования сульфатов железо-серные кластеры субъединиц ФС II не могут поддерживаться. Поскольку активность ФС II ингибируется, скорость производства O 2 снижается, в то время как скорость дыхания остается высокой и устанавливается аноксия, что позволяет экспрессировать гидрогеназы и/или нитрогеназы.Результатом является устойчивое образование H 2 путем прямого фотолиза [2, 4].

Технологические преимущества непрямого фотолиза вытекают из способа предотвращения инактивации гидрогеназы O 2 за счет содержания зеленых водорослей в анаэробных условиях. Благодаря фундаментальным исследованиям стало известно, что восстановительная способность (донорство электронов) гидрогеназы не обязательно исходит от воды, но поочередно возникает внутриклеточно из органических соединений, таких как крахмал. Степень, в которой разложение таких соединений способствует возникновению H 2 , зависит от вида водорослей и условий культивирования.Даже когда органические соединения участвуют в образовании H 2 , источником электронов может быть вода, поскольку органические соединения синтезируются в результате оксигенного фотосинтеза. Действующим механизмом является гидрогеназа, которая считается активной для выделения избыточной восстановительной способности при определенных условиях (например, в анаэробных условиях).

Цианобактерии, ранее известные как сине-зеленые водоросли, обладают способностью подвергать воду непрямому фотолизу и, таким образом, высвобождать H 2 , и в этом заключается их потенциал для использования в качестве элементов в системах биоконверсии солнечной энергии.Цианобактерии представляют собой большую и разнообразную группу фотоавтотрофных микроорганизмов, и их потребности в питании просты: N 2 и O 2 в воздухе, воде, минеральных солях и свете. Они представляют собой морфологически разнообразную группу, включающую одноклеточные, нитчатые и колониальные виды. При определенных условиях роста вегетативные клетки нитчатых цианобактерий могут развиваться в структурно модифицированные и функционально специализированные клетки, такие как покоящиеся клетки, или специализированные клетки, осуществляющие азотфиксацию, такие как гетероцисты.Гетероцисты, развивающиеся из вегетативных клеток и имеющие наружную оболочку увеличенной толщины, обеспечивают механизм нитрогеназной защиты от кислорода, снижающий скорость диффузии O 2 изнутри. В частности, N 2 -фиксирующие гетероцистные цианобактерии пространственно разделяют продукцию H 2 и продукцию O 2 . Локализация нитрогеназы в гетероцистах обеспечивает бескислородную среду, а также способность гетероцистных цианобактерий фиксировать азот воздуха.Чувствительные к O 2 нитрогеназы очень важны для поддержания азотного цикла и являются катализаторами образования H 2 , развивая H 2 одновременно с фиксацией N 2 в NH 3 , как показано. ниже. Этот процесс является управляемой светом и зависимой от АТФ энергоемкой реакцией.

N2+8H++8e−+16ATP→2Nh4+h3+16ADP+16Pi

Процесс фотосинтеза Темновые реакции

‘) переменная голова = документ.getElementsByTagName(«голова»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка. querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») документ.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») переключать.addEventListener(«щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle. setAttribute(«aria-expanded», !expanded) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.удалить («расширить») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = window.fetch && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Модальный: ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) modal. domEl.addEventListener («закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.установить атрибут ( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.interceptFormSubmit( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { форма.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма. setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.отправить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) документ.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { мероприятие. предотвратить по умолчанию () документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { вар buyboxWidth = buybox.offsetWidth ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») вар форма = вариант.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключить.щелчок() } еще { toggle. setAttribute («ария-расширенная», «ложь») форма.скрытый = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Учебное пособие по биологии PinkMonkey.com — 4.4 Вторичные процессы фотосинтеза (биохимическая фаза, темновая реакция)

Онлайн-руководство по биологии PinkMonkey

4.4 Вторичные процессы фотосинтеза (биохим. Фаза, темные реакции)

Вторая часть или фаза II фотосинтеза известный как темных реакций . Это связано с тем, что реакции в этой фазе не требуют света.Эти реакции являются термохимическими и зависят от температуры.

Темновая реакция включает термохимическое восстановление углекислого газа с образованием углеводов. Это было впервые установлено по Блэкманну (1905), поэтому ее также называют реакцией Блэкмана . Присутствие света не обязательно для уменьшения углекислого газа. Однако темновая реакция использует продукты световой реакции. (я.е., ассимиляционная способность (АТФ и НАДФН 2 ) уменьшить углекислого газа в углеводы.)


Все реакции фазы II завершаются за строму хлоропласта. Это биохимические реакции в каждый шаг которого контролируется определенным ферментом.Реакции начинают с фиксации углекислого газа, включают утилизацию ассимиляционной способности восстановления углекислого газа и заканчиваются образованием углеводов, которые являются конечным продуктом фотосинтеза.

Детали этапов темновой реакции (т. е. полный путь углерода) были разработаны профессором М.Кальвин (получивший за это Нобелевскую премию в 1961 г.) и, следовательно, темновая реакция стала называться циклом Кальвина .

Цикл Кальвина (путь C 3 )

Важные особенности

(1) Это основной путь фиксации углекислого газа в зеленых растениях.

(2) Он представляет фазу-II, т.е. реакция фотосинтеза.

(3) Происходит в строме хлоропластов.

(4) Реакции контролируются ферментами и зависит от температуры.

(5) Открыт профессором М. Кальвином. и поэтому называется циклом Кальвина.

(6) После фиксации углекислым газом Первое образовавшееся стабильное соединение представляет собой 3-углеродную фосфоглицериновую кислоту (ФГК).Поэтому его также называют путем C 3 .

Важные события цикла Кальвина могут быть изучались по следующим главам.

(a) Первый СО 2 акцептор и фиксация CO 2 : В цикле Кальвина 5-C пентозный сахар, рибулозодифосфат (РУДФ) действует как первый акцептор СО 2 .

При входе в реакции цикла Кальвина, СО 2 первый сочетается с 5-С РУДП (фиксация СО 2 ) с образованием нестабильного и неизвестного 6-C дисфосфатного соединения. Этот соединение сразу распадается на 2 молекулы 3-C фосфоглицериновой кислота (PGA). Фермент карбоксидисмутаза катализирует реакцию.

Таким образом, 3-C PGA является первым стабильным соединением, образованным в цикле Кальвина.Следовательно, его также называют путем C-3.

Щелкните здесь, чтобы увеличить
Рисунок 4.6 Схематическое изображение цикла Кальвина
Регенерация РуДП обозначена пунктирными линиями

(b) Использование ассимиляционной способности (или снижение ПГА). Затем 3-C PGA подвергается восстановлению с помощью помощь ассимиляционной способности с образованием 3-C фосфоглицеринового альдегида (ПГАЛ). NADPH 2 обеспечивает подачу водорода и АТФ энергия для сокращения. Фермент триозофосфатдегидрогеназа катализирует Реакция. Некоторые молекулы PGAL превращаются в другие триозофосфат, называемый дигидроксиацетонфосфатом (ДГАФ) в присутствии фермента триозофосфатизомеразы.

(c) Образование сахаров (конечные продукты фотосинтеза) : 3-C триозофосфаты (например, PGAL (3-C) и DHAP (3-C)) образуют 6-С гексозу сахарную фруктозу.1,6 дифосфат в присутствии фермента альдолазы. Затем дифосфат фруктозы дефосфорилируется. сначала на фруктозомонофосфат, а затем на фруктозу (6-С) в наличие фермента фосфатазы.Некоторые молекулы фруктозомонофосфата изомеризуется в монофосфат глюкозы ферментом изомеразой а затем в глюкозу (6-С).

Гексозные сахара могут быть дополнительно преобразованы в сахарозу. (C 12 H 22 O 11 ) или на крахмал (C 6 H 10 O 5 )n и хранится в камерах хранения.

(г) Регенерация акцептора СО2, РУДП: Постоянно требуется РУДП 5-С для фиксации СО 2 в цикле Кальвина.Он регенерируется через другую цепочку реакции. Некоторые молекулы триозофосфатов и фруктозы моно фосфаты используются из цикла Кальвина для образования RUDP.

Формула, этапы, световые и темные реакции

Растения являются основным источником энергии или основными производителями в экологической пирамиде. Они производят пищу в процессе фотосинтеза.Без растений никакая энергия из атмосферы не может быть собрана для наших нужд. В этой статье мы узнаем о важности фотосинтеза, процессе фотосинтеза, световых и темных реакциях, цикле Кальвина, цикле C2, цикле C4, цикле CAM, цикле C3 и системе переноса электронов.

Что такое фотосинтез?

Фотосинтез – это физико-химический процесс, при котором зеленые растения используют световую энергию для синтеза органических соединений.Это регулируемый ферментами анаболический процесс. Это основа жизни на Земле, поскольку она является основным источником всей пищи на Земле и отвечает за выделение кислорода в атмосферу. Для фотосинтеза необходимы хлорофилл, свет и углекислый газ. Это может происходить только в зеленой части листьев и при наличии света. Химическое уравнение для фотосинтеза выглядит следующим образом:

6CO 2 + 6H 2 O -> C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6O 2

Узнайте о постепенном питании здесь.

Фотосинтетические пигменты

Следующие пигменты присутствуют в хлоропластах и ​​участвуют в фотосинтезе.

Структура хлоропласта
    • Хлоропласты представляют собой зеленые пластиды , присутствующие в качестве места фотосинтеза у эукариотических фотоавтотрофов. Внутри листьев хлоропласт обычно присутствует в клетках мезофилла вдоль их стенок.
    • Внутри хлоропласта имеется мембранная система, состоящая из пластинок стромы, гран и жидкостной стромы.
    • Мембранная система отвечает за синтез энергии света для образования АТФ и НАДФН. В строме растений происходят ферментативные реакции, приводящие к синтезу сахара.

    • Реакция, при которой световая энергия поглощается граной для синтеза АТФ и НАДФН , называется световой реакцией.
    • Поздняя часть фотосинтеза, при которой фотосинтез восстанавливается до сахара, свет не нужен, называется темновой реакцией.

Узнайте о половом размножении растений здесь.

Световая реакция

Световая реакция включает следующие компоненты:

  1. Поглощение света
  2. Расщепление воды
  3. Высвобождение молекул кислорода
  4. Высокоэнергетические химические промежуточные продукты (АТФ и НАДФН).
      • Пигменты организованы в два дискретных LHC 6+ внутри фотосистемы I и фотосистемы II.
      • LHC состоит из сотен молекул пигмента, содержащих все пигменты, кроме одной молекулы хлорофилла в каждом PS.
      • Пигменты фотосистемы I и фотосистемы II поглощают свет с разной длиной волны.
      • Одна молекула хлорофилла образует реакционный центр. В ФС I реакционный центр имеет самый высокий пик при 700 нм, поэтому он называется Р700. А реакционный центр ФС II имеет наивысший пик при 680 нм, так называемый P680 .

9039
Циклическая фосфориляция Нециклические фосфорилирование
Это выполняется photosystem I, независимо от . Это выполняется сотрудничеством как PS I и PS II II
Внешний источник электронов не требуется Процесс требует внешнего донора электронов
Синтезирует только АТФ тилакоиды Встречается только в тилакоидах граналий

Изучите все темы ботаники здесь.

Система переноса электронов

    • Реакционный центр фотосистемы II поглощает свет с длиной волны 680 нм в красной области и вызывает возбуждение электрона. Эти электроны захватываются акцептором электронов, который проходит в систему переноса электронов, состоящую из цитохромов.
    • Электроны передаются по электрон-транспортной цепи и затем к пигменту ФС I.
    • Электроны в ФС также возбуждаются светом с длиной волны 700 нм и переносятся на другую молекулу-акцептор, имеющую больший окислительно-восстановительный потенциал.
    • Когда электрон движется вниз, выделяется энергия. Это используется для восстановления АДФ до АТФ и НАДФ+ до НАДФН .
    • Вся эта схема электронного переноса электронов называется Z-схемой из-за формы переноса электронов.
    • Фотолиз воды высвобождает электроны, которые обеспечивают электроны ФС II, и кислород также высвобождается во время этого процесса.

Ознакомьтесь с фактами о животном мире, типах типов и их характеристиках здесь.

Хемиосмотическая гипотеза

Хемиосмотическая гипотеза была предложена Mitchel l в 1961 году. Синтез АТФ связан с развитием протонных градиентов через мембрану тилакоида и митохондрий.

Процесс, который вызывает развитие протонного градиента через мембрану, описан в следующих пунктах:

  1. Внутри тилакоида происходит расщепление молекул воды с образованием ионов водорода или протонов.
  2. Когда электрон проходит через фотосистемы, протоны переносятся через мембрану, поскольку первичный акцептор электрона расположен ближе к внешней стороне мембраны.
  3. Фермент НАДФ-редуктаза расположен на стромальной стороне мембраны. Электроны выходят из акцептора электронов PSI, протоны необходимы для восстановления NADP+ до NADP+H+ . Эти протоны также удаляются из стромы. Это создает градиент протонов через мембрану тилакоидов вместе с рН в просвете.
  4. Градиент нарушается за счет движения протона через мембрану в строму через трансмембранный канал F0 АТФазы. Часть этого фермента встроена в мембрану, образуя трансмембранный канал. Другая часть, называемая F1, выступает на внешней поверхности тилакоидной мембраны и производит АТФ, наполненную энергией.
  5. АТФ и НАДФН , образующиеся благодаря движению электрона, немедленно используются для связывания СО2 с образованием сахара.
  6. Продукт световой реакции, используемой для управления процессом, ведущим к синтезу сахара, называется биосинтетической фазой фотосинтеза.

Темновая реакция

Этот процесс происходит в отсутствие света в строме хлоропластов. В этом процессе участвуют следующие циклы:

Цикл С2
    • Окислительный фотосинтетический углеродный цикл (или цикл С2) представляет собой метаболический путь, отвечающий за фотосинтетическое поглощение кислорода и светозависимое производство углекислого газа, т. е. называется фотодыханием .
    • Присутствие света и более высокая концентрация кислорода приводят к связыванию фермента RuBisCO с O2 с образованием.

Цикл C3 или цикл Кальвина

Этот цикл включает следующие этапы: соединение 3-фосфоглицериновой кислоты. В процессе участвует фермент RuBisCO.

  • Восстановление: 2 молекулы АТФ и НАДФН связывают одну молекулу углекислого газа с образованием глицеральдегид-3-фосфата.
  • Регенерация: Некоторые молекулы глицеральдегид-3-фосфата претерпевают серию реакций с образованием глюкозы, в то время как RuBP регенерируется для продолжения цикла.
  • C4 Cycle Or Hatch Slack Pathway
      • Этот путь был открыт Hatch and Slack (1965, 1967), Сухумджан Маиз и т.д.
      • В этом пути сначала стабильным продуктом является 4-углеродное соединение щавелевоуксусной кислоты (ААО) , так называемый путь С4.
      • Растения имеют Kranz Anatomy (сосудистые пучки окружены клетками оболочки пучков, расположенными в виде венка), характеризуются большим отсутствием хлоропластов, толстой стенкой, непроницаемой для газов, и отсутствием межклетников.
      • Первичным акцептором CO2 является молекула фосфоенола пирувата из 3 атомов углерода, присутствующая в клетках мезофилла, а участвующим ферментом является ФЕП-карбоксилаза.
      • OAA, образующийся в клетках мезофилла, образует 4-углеродные соединения, такие как яблочная кислота или аспарагиновая кислота, которые транспортируются в клетки обкладки пучка.
      • В клетке обкладки пучка он распадается на CO2 и молекулу из 3 атомов углерода. Молекула из 3 атомов углерода возвращается обратно в клетки мезофилла с образованием ФЕП.
      • Молекулы CO2, высвобождаемые в клетках оболочки пучка, вступают в цикл Кальвина, где присутствует фермент RuBisCO, образующий сахар.

    Узнайте о биомолекулах: органических и неорганических здесь.

    Цикл CAM
      • CAM – сокращение от « Crassulacean Acid Metabolism » – это метод фиксации углерода, выработанный некоторыми растениями в засушливых условиях.
      • Чтобы удовлетворить свои потребности в объединении солнечной энергии с СО2 из воздуха, САМ-растения поглощают СО2 ночью и сохраняют его в форме четырехуглеродной кислоты под названием « малат ». Затем малат высвобождается в течение дня, где он может соединяться с АТФ и НАДФН, созданными энергией Солнца.

    Этапы САМ-цикла
    1. В цитоплазме этих клеток молекулы CO2 сталкиваются с ионами гидроксила, OH-, с которыми они объединяются, чтобы стать HCO3 ферментом фосфоенолпируваткарбоксилазой (PEP карбоксилаза).
    2. Фермент ФЕП-карбоксилаза катализирует следующую реакцию добавления CO2 к молекуле, называемой фосфоенолпируват (ФЕП).
    3. Оксалоацетат затем получает электрон от НАДН и становится молекулой малата. Эта реакция катализируется ферментом малатдегидрогеназой (МДГ). Эта реакция выглядит следующим образом:
    4. Малат теперь хранится в вакуолях внутри растительных клеток до восхода солнца и начала фотосинтеза. Когда это происходит, малат входит в цикл Кальвина, точно так же, как 3-фосфоглицерат в растении использует 3-углеродный или «С3» путь для фиксации углерода.
    334 Фотодыхание происходит
    C 3 3
  • C 4
    Листья не имеют ranz Anatomy Листья показывают анатомию Kranz в листьях Фотодыхание не происходит.
    Растения адаптированы к любому климату. Растения приспособлены к тропическому климату.
    Клетки мезофилла осуществляют полный фотосинтез. Клетки мезофилла осуществляют только начальную фиксацию
    RuBisCO первым принимает СО2. ПЭП является первым акцептором CO2.
    PGA — первый стабильный продукт OAA — первый стабильный продукт

    Итак, это все о фотосинтезе. Попрактикуйтесь в том же в нашем бесплатном приложении Testbook. Скачать сейчас!

    Фотосинтез, структура хлоропластов, реакции на свет и темноту Часто задаваемые вопросы

    Q.1 Что такое фотосинтез?

    Ans.1
    Фотосинтез – это физико-химический процесс, при котором зеленые растения используют световую энергию для синтеза органических соединений.

    В.2 Что такое CAM-цикл?

    Ans.2
    CAM — сокращение от «Crassulacean Acid Metabolism» — это метод фиксации углерода, выработанный некоторыми растениями в засушливых условиях. Фотосинтез САМ начинается ночью, когда устьица растения открываются и газообразный СО2 может диффундировать в цитоплазму клеток мезофилла САМ.

    Q.3 Что такое хлоропласт?

    Ans.3
    Хлоропласты представляют собой зеленые пластиды, присутствующие в качестве места фотосинтеза у эукариотических фотоавтотрофов.

    Q.4 Кто выдвинул хемиосмотическую гипотезу?

    Ans.4
    Химиосмотическая гипотеза была предложена Митчеллом в 1961 году.

    Q.5 Что такое фотодыхание?

    Ans.5
    Окислительный фотосинтетический углеродный цикл (или цикл C2) представляет собой метаболический путь, ответственный за фотосинтетическое поглощение кислорода и светозависимое производство углекислого газа, которое называется фотодыханием.

    Q.6 Что такое продукты фотосинтеза?

    Ans.6
    Конечными продуктами фотосинтеза являются глюкоза (сахар), кислород и вода.

    Q.7 Что является сырьем для фотосинтеза?

    Ans.7
    Реагентами для фотосинтеза являются световая энергия, вода, углекислый газ и хлорофилл.

    Создайте бесплатную учетную запись, чтобы продолжить чтение

    • Получайте мгновенные оповещения о вакансиях бесплатно!

    • Получите Daily GK и текущие события Capsule и PDF-файлы

    • Получите более 100 бесплатных пробных тестов и викторин


    Подпишись бесплатно У вас уже есть аккаунт? Войти

    Следующее сообщение

    лек2

    лек2 PLSC 210: Лекция 4

    РОСТ И МЕТАБОЛИЗМ

    И.УСЛОВИЯ
    1. Рост- Необратимое увеличение по размеру

    2. Разработка-
    Морфогенез — Морфоанатомическое развитие
    Дифференциация — Физиолого-биохимическая специализация тканей растений
    3. Метаболизм- Синтез деградация органических соединений
    Анаболизм — Синтез
    Катаболизм — Деградация
    II.ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЗАВОДЫ
    1. Фотосинтез
    Хлоропласт
    12H 2 O + 6CO 2 + Свет Хлорофилл >C 6 H 12 O 6 + 6О 2 + 6Н 2 О
    (вода)+ (двуокись углерода)+(энергия)——-> (углеводы)+(кислород)+(вода)
    2.Метаболизм
    Цитоплазма
    C 6 H 12 O 6 + Минерал   Ферменты > Различные органические соединения
    (Углеводы) + (удобрения) —-> (Протеины, жиры, крахмал, гормоны, вит и др.)
    3. Дыхание
                                          Митохондрии
    Органические соединения + O 2 Ферменты > CO 2 + H 2 O + Энергия + Минерал
    (подсостояния) (кислород) (АТФ)     (неорганический)
    источник энергии

    Энергия, выделяемая при дыхании, используется для рост и развитие

    III. ФОТОСИНТЕЗ

              Процесс производство углеводов из CO 2 и воды с использованием энергии света в присутствии хлорофилла. Происходит в хлоропластах.
    1. Световая фаза фотосинтеза

           Фотолиз – расщепление воды в водород и кислород светом (реакция Хилла).
           

           Фотофосфорилирование — Превращение АДФ в АТФ под действием энергии света
                  


            Сумма:   преобразование света энергия в химическую энергию
            

       2.Темная фаза фотосинтеза

           Цикл Кальвина- серия ферментативно опосредованных реакций, в которых CO 2 восстанавливается до 3-фосфоглицеральдегида (3PGA) и рецептора CO 2 (рибулозобифосфат, RUBP) образуется

                        

       

            Чистая прибыль
    Хлоропласт
    12H 2 O + 6CO 2 + Свет Хлорофилл >C 6 H 12 O 6 + 6О 2 + 6Н 2 О
    3. Два разных CO 2 Пути
    C 3 Путь
    — Встречается в растениях C 3 (многие двудольные, такие как соя, помидоры, яблони)
    — Первым продуктом фиксации СО 2 являются кислоты С 3
    — Работает только цикл Кальвина
    — Существует фотодыхание
                                   

    C 4 Путь
    — Встречается в растениях C 4 (тропические травы, кукуруза, сахарный тростник, некоторые двудольные, такие как амарант, атриплекс)
    — Первым продуктом фиксации СО 2 являются кислоты С 4
    — Работают как цикл Кальвина, так и путь C .
    — Отсутствует фотодыхание

                        

                        

    4.Фотодыхание
    Процесс дыхания, при котором потребляется кислород и выделяется CO 2 в наличие света
    -Потребляет восстановительную мощность для уменьшения O 2 в CO 2
    -Не производит АТФ
    — Снижает эффективность фотосинтеза
    — Встречается у C 3 растений

                 

      5. Компенсация углекислого газа Точка
           Устойчивое состояние концентрации CO 2 в воздухе, при котором CO 2 поглощается растениями посредством фотосинтеза такой же, как CO 2 , выделяемый при дыхании
           — В точке компенсации CO , роста не происходит
           — Ниже точки компенсации растения будут деградировать
           — C 3 растения имеют более высокое содержание CO 2 компенсация пунктов, чем C 4 растений
            CO Компенсационные баллы
              Соевые бобы (растение C 3 ) —— 50 частей на миллион при 25°С
              Кукуруза (растение C 4 ) ——— 10 частей на миллион при 25°С
      Окружающий CO 2 ——300 частей на миллион (0.03%)
          – те же принципы, что и у Apple, для компенсации света . баллы
             Чистый фотосинтез (PHS) = Валовой PHS — Дыхание
    IV. ПОГЛОЩЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

    1. Питательные вещества для растений

          -16 элементов
            Макропитательные вещества: N, P, K, Ca, Mg, S, C, O, H
            Питательные микроэлементы: B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn

      2.Способность производить продукты питания
          — Большинство зеленых растений автотрофны.
      Автотрофный — Способный производить себе пищу из минералов
      Гетеротрофный — Неспособный производить себе пищу, поэтому растение должно зависеть от других источников органического вещества
      (незрелый эмбрион, повилика, человек)

      3. Движение питательных веществ и воды
          — Распространение — Движение молекул (вещества) из области высокой концентрации в область низкой концентрации
          — Осмос — Диффузия воды через дифференциально проницаемую мембрану
          — Транслокация — Перемещение неорганических и органических растворенных веществ из одной части растения в другую
      — Проводимость воды и движение минералов через ксилему
      — Транслокация углеводов через флоэму
          — Испарение — потеря водяного пара из листа через Устьица
          — Испарение — жидкость вода превращается в водяной пар
          — Эвапотранспирация — Испарение и транспирация

    В. ДЫХАНИЕ

    1. Реверс фотосинтеза
    Процесс выделения энергии, углекислого газа и вода окислением органических соединений

    C 6 H 12 O 6 + 6O 2   >6H 2 O + 6CO 2 + Энергия

      2.Химические процессы
          Гликолиз — конверсия сахаров C 6 в CO 2 и пировиноградную кислоту
           Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) – окисление пировиноградной кислоты до H + , e и CO 2 в митохондрии
      3. Q 10
           — Частота дыхания удваивается при повышении температуры. повышается на 10° C (18° F)
           — Дыхание можно уменьшить, опустив 0 2 и увеличение концентрации CO 2

           Приложение
           — CO 2 хранение яблок, груш
           — Гипобарическая для хранения фруктов и цветов
      более низкое атмосферное давление (вакуум)
      более низкая температура
       

    VI. МЕТАБОЛИЗМ

                Синтез и разложение органических соединений

                Анаболизм — процесс синтеза

                Катаболизм — Процесс деградации или распада (происходит в цитоплазме)

    VII. СОСТАВЛЯЮЩИЕ РАСТЕНИЯ

    1. Углеводы
    Моносахариды — простые углеводы (С 5 Пентаза, С 6 гексоза)
    Дисахариды — C 12 {i.е. мальтоза (глю-глю), сахароза (глю-фру)}
    Олигосахариды — 1-10 моносахаридов, связанных вместе
    Полисахариды — крахмал (поли-глю), целлюлоза (поли-глю), инсулин гемицеллюлоза

    2. Липиды
    -фосфолипиды, жиры, воски

            3. Белки
    -структурные, растворимые (ферменты)
            4.Другие органические соединения
    Ароматический соединения (ванилин, флавоноиды и др.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
    тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск