Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Пластический обмен в клетке. Фотосинтез. Хемосинтез

Биохимия

Пластический обмен в клетке. Фотосинтез. Хемосинтез

План урока

  • Пластический обмен - фотосинтез
  • Световая фаза
  • Темновая фаза
  • Значение фотосинтеза
  • Сравнение процессов дыхания и фотосинтеза в клетках растений
  • Хемосинтез

Цели урока

  • Объяснять космическую роль процесса фотосинтеза
  • Составлять схемы в световой и темновой фаз фотосинтеза
  • Сравнивать процессы фосфорилирования фотосинтеза и энергетического обмена

Разминка

  • Объясните суть фразы К.А.Тимирязева: «Солнце “движет” паровозом». 

Пластический обмен - фотосинтез

 

Одним из важных процессов пластического обмена является фотосинтез. Эта энергия служит основным источником жизни на нашей планете. Зеленые растения и цианобактерии (синезеленые водоросли) используют солнечную энергию, синтезируя с ее помощью органические соединения и аккумулируя ее таким образом в виде энергии химических связей. Практически все живое на Земле так или иначе связано с фотосинтезом.


Фотосинтез − процесс синтеза органических веществ из неорганических за счёт энергии солнечного света, который состоит из двух фаз: световой и темновой .


Функциональной единицей хлоропластов являются тилакоиды — плоские мембранные структуры (рис. 1). В хлоропластах тилакоиды, уложенные в стопки, называются гранами . Граны похожи на столбики из монет, положенных одна на другую. Именно на мембранах тилакоидов расположены пигменты фотосинтеза (главным образом хлорофилл), а также молекулы переносчиков электронов — цитохромов . Хлорофилл обладает уникальной способностью улавливать кванты света (фотоны). Существует несколько разновидностей хлорофилла, улавливающего фотоны в разных частях светового диапазона.

Рис. 1. Строение хлоропласта Рис. 1. Строение хлоропласта

  1. наружная мембрана,
  2. межмембранное пространство,
  3. внутренняя мембрана (1+2+3: оболочка),
  4. строма (жидкость),
  5. тилакоид с просветом (люменом) внутри,
  6. мембрана тилакоида,
  7. грана (стопка тилакоидов),
  8. тилакоид (ламела),
  9. зерно крахмала,
  10. рибосома,
  11. пластидная ДНК,
  12. пластоглобула (капля жира).

 

Фотосинтез происходит в две стадии,
и обе они протекают в особых органоидах
растительных клеток — хлоропластах (рис. 2).

Рис. 2. Хлоропласт Рис. 2. Хлоропласт

 

Световая фаза

 

Условия. Название фазы соответствует требованиям процессов, протекающим в фазе. Солнечный свет для этой фазы - необходим.

 

Где происходит? Тилакоиды гран.

 

Продукты.

  1. АТФ.
  2. Атомы водорода.
  3. Молекулярный кислород (побочный продукт).

 

Основные  процессы.

 

  • внутреннее пространство тилакоида :
    фотолиз воды (разложение воды под действием солнечного света), в результате которого образуются:

ионы водорода

электроны

молекулярный кислород

накапливаются в межмембранном пространстве

восстанавливают молекулу хлорофилла

побочный продукт, который выделяется в атмосферу

 

  • молекулы хлорофилла :
    поглощают кванты солнечного света определённой длины волны, в результате чего один из электронов каждой молекулы приобретает избыток энергии и переходит в возбуждённое состояние, он отрывается от молекулы хлорофилла и путешествует по цепи белков-переносчиков, расположенных в мембране тилакоида, постепенно отдавая накопленную энергию.

 

  • мембрана тилакоида :
    синтезирует АТФ за счёт энергии возбуждённого электрона; пропускает атомы водорода и присоединяет их к молекулам-переносчикам (НАДФ) (никотинамидадениндинуклеотид-фосфат).

 

Дальнейшая  «судьба»:
 

  • атомов водорода - темновая фаза для синтеза глюкозы;
  • АТФ - темновая фаза как источник энергии для связывания СО2.

 

Темновая фаза

 

Условия. Название фазы соответствует требованиям процессов, протекающим в фазе. Солнечный свет для этой фазы - НЕ требуется.

 

Где происходит? Строма хлоропласта.

 

Продукты. Глюкоза.

 

Основные  процессы.

 

  • В строму хлоропласта поступают НАДФ*Н из тилакоида; СО2 из атмосферы.
  • В результате циклических реакций (цикл Кальвина) происходит связывание СО2 и Н в образование глюкозы с использованием энергии АТФ.

    АТФ → АДФ + Ф + Е 

    СО2 + Н* → C6H12O6 (глюкоза)

    НАДФ*Н → НАДФ + Н*

 

Дальнейшая  «судьба»:
 

  • молекула-переносчик – возвращается за новым водородом (Н*),
  • АДФ – возвращается за энергией,
  • глюкоза – транспорт в каналы ЭПС и полимеризация с образованием ди-и полисахаров.

 

Общее уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

 

6СО2 + 6Н20 ⟶ C6H12O6+ 6О2

 

Как уже отмечалось выше, побочным продуктом фотосинтеза зелёных растений является молекулярный кислород, выделяемый в атмосферу. Свободный кислород в атмосфере является мощным фактором преобразования веществ. Благодаря его появлению на нашей планете стал возможным аэробный тип обмена веществ.

Рис. 3. Схема световой и темновой фаз фотосинтеза. Рис. 3. Схема световой и темновой фаз фотосинтеза.

 

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.

 

Сравнение процессов дыхания и фотосинтеза в клетках растений

 

Дыхание

Фотосинтез

Отношение к солнечному свету

Происходит и на свету, и в темноте

Происходит только на свету

Место осуществления процесса

Все живые клетки (цитоплазма и митохондрии)

Только зелёные клетки (хлоропласт)

Основные этапы процесса

Три этапа:

  • подготовительный,
  • бескислородный (гликолиз),
  • кислородный (клеточное дыхание)

Две фазы:

  • световая
  • темновая

Исходные вещества

Органические соединения и кислород

Углекислый газ и вода

Конечные продукты

Углекислый газ и вода

Органические вещества и кислород

 

Хемосинтез

 

На Земле есть существа, которые напрямую не зависят от солнечной энергии, — хемосинтезирующие бактерии.


Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических за счёт химической энергии окисления неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, водорода, нитрита и др.) (рис. 4).


Все хемосинтетики (водородные, нитрифицирующие, азотфиксирующие бактерии, серобактерии, железобактерии) являются облигатными (обязательными) аэробами, т.к. они используют кислород воздуха.

 

В процессе окисления неорганических веществ высвобождается энергия, которую бактерии запасают в виде молекул АТФ и используют их для синтеза органических соединений (реакции протекают сходно с реакциями темновой фазы фотосинтеза).

Рис. 4. Упрощенная схема хемосинтеза Рис. 4. Упрощенная схема хемосинтеза

Роль в биосфере хемосинтезирующих бактерий заключается в очистке сточных вод, накоплении в почве минеральных веществ, повышении плодородия почвы.


Контрольные вопросы

 

  1. В каких органоидах идёт процесс фотосинтеза? Какое они имеют строение?
  2. Где в клетке располагается пигмент хлорофилл? Какова его роль в реакциях фотосинтеза? Как воздействуют на хлорофилл кванты света?
  3. Как происходит фотолиз воды? Объясните роль протонного-резервуара. Как происходит восстановление потерянных хлорофиллом электронов?
  4. Как используется энергия возбуждённых электронов? Какова роль каналов АТФазы?
  5. Какое вещество образуется при фосфорилировании?
  6. Какое вещество связывает протоны? Как происходит этот процесс?
  7. В какой части хлоропластов протекают реакции световой фазы? Назовите основные реакции, вызываемые светом. Напишите их уравнения.
  8. В какой части хлоропластов протекают реакции темновой фазы? Назовите основные реакции этой фазы. Напишите их уравнения.
  9. За счёт какой энергии осуществляются циклические реакции в темновой фазе?
  10. Почему при фотосинтезе используется только 1 % солнечной энергии? Какова судьба остальной энергии, поглощённой растением?
  11. Сравните световую и темновую фазы фотосинтеза.
  12. Что такое хемосинтез?
  13. Почему в результате фотосинтеза у зелёных растений в атмосферу выделяется свободный кислород?


Подумайте

 

  1. Если обработать хлоропласты каким-либо веществом, повышающим проницаемость мембран для ионов, то она перестает синтезировать АТФ на первой стадии фотосинтеза. Объясните причину этого явления.
  2. Сравнительно высокая концентрация кислорода (более 21%) замедляет фотосинтез, так как усиливает дыхания растений. Назовите природные условия или места обитания растений, где лимитирующим факторами являются:
    а) интенсивность освещения;
    б) концентрация кислорода;
    в) температура.
  3. АТФ синтезируется в митохондриях и хлоропластах. Объясните, В чём сходство и различие процессов, приводящих к синтезу молекул в органеллах.


Предыдущий урок
Органические вещества клетки. Белки. Протеомика
Биохимия
Следующий урок
Органические вещества клетки. Углеводы. Липиды
Биохимия
  • Альдегиды и кетоны

    Химия

  • Решение задач о движении тела под действием нескольких сил

    Физика

  • Слово и его значение. Средства выразительности

    Русский язык

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке