Фотосинтез.

Урок на тему: Фотосинтез. Преобразование энергии солнечного излучения в энергию химических связей.

Цель урока: рассмотреть процесс фотосинтеза как пластический обмен веществ у растений; раскрыть сущность световой и темновой фаз фотосинтеза; определить значение фотосинтеза для живых организмов на Земле, пути повышения его эффективности.

Оборудование: таблицы, иллюстрирующие фотосинтез; рисунок 18 в учебнике «Схема фотосинтеза»

Ход урока:

I. Изучение нового материала. Лекция с элементами беседы.

1. Для нормальной жизнедеятельности организмов необходимы питательные вещества.

Вопрос:

-Какие вам известны типы питания организмов?

(гетеротрофные, автотрофные)

При гетеротрофном питании организмы поглощают вещества,

имеющие большой запах химической энергии, а при автотрофном

организмы используют энергетически бедные вещества и энергию света.

Вопрос:

-Приведите примеры автотрофных и гетеротрофных организмов. (Автотрофы: зеленые растения, водоросли, некоторые микроорганизмы; гетеротрофы: животные, в т.ч. человек, грибы, большинство микроорганизмов).

Для всех организмов характерен обмен веществ.

Вопрос:

-Вспомните, какие виды обмена веществ вам известны? (Пластический и энергетический)

Пластический обмен веществ - это совокупность реакций биологического синтеза. В результате пластического обмена из простых веществ, поступающих в клетку, образуются вещества, подобные веществам клетки, т.е. происходит ассимиляция.

Энергетический обмен веществ — это совокупность реакций расщепления, т.е. диссимиляция. При этих процессах выделяется энергия. В клетках же растений и животных пластический и энергетический обмены сходны, но в клетках растений, содержащих хлорофилл, кроме бескислородного и кислородного процессов протекают еще специфические процессы, очень значимые для живой природы. Растительные клетки способны синтезировать

органические вещества из неорганических (СО₂ и Н₂О), используя

энергию солнечного излучения

Вопросы:

-Как называется этот процесс? (Фотосинтез)

-Дайте определение фотосинтеза.

(фотосинтез-это синтез органических веществ из неорганических,

идущий за счет солнечной энергии с выделением кислорода).

2. История открытия фотосинтеза.

В 1630 г. Ян ван Гельмонт показал, что растения способны сами

образовывать органические вещества, а не получать их из почвы - так

было положено начало изучению фотосинтеза.

В 1772 г. Джозеф Пристли установил, что растения «исправляют»

воздух, «испорченный» горящей свечой. Спустя семь лет Ян Ингенхауз обнаружил, что растения могут «исправлять» «испорченный» воздух только на свету. В 1883 г. Энгельман открыл пурпурные бактерии, для которых

характерен фотосинтез без выделения кислорода. В 1887 г. С.Н. Виноградский открыл хемосинтезирующие бактерии, превращающие углекислоту в органические соединения в темноте. Фотосинтез - многоступенчатый процесс. Важнейшая роль принадлежит хлорофиллу-магний органическому веществу, преобразующему энергию солнечного света, в энергию химических связей. Молекулы хлорофилла состоят из атомов углерода и азота, соединенных в сложное кольцо. Они встроены в мембранные структуры хлоропласта-граны и окружены молекулами белков,

липидов и других веществ. Приспособление листьев зеленых растений к фотосинтезу:

-плоская поверхность листовой пластинки, увеличивающая S для

восприятия солнечного света;

-прозрачная кожица лита, листовая мозаика. Процесс фотосинтеза

состоит из 2-х фаз - световой и темновой.

3. Световая фаза

– фотохимическая происходит в гранах хлоропластов. В хлоропластах содержится хлорофилл, его молекулы способны поглощать красные и синие лучи видимой части спектра, а зеленые отражать, поэтому хлорофилл, хлоропласт, в общем, лист зеленого цвета.

Квант света выбивает некоторые подвижные электроны (ê) на более высокий энергетический уровень и приводят в возбужденное состояние. Часть возбужденных ê возвращается на прежний уровень, другая часть присоединяется к ионам водорода (H⁺). Эти ионы появляются в результате фотолиза воды.

Фотолиз воды - расщепление молекул воды под действием кванта света - открыл А.П. Виноградов.

н₂он⁺+он^-

Н⁺+ êН°       Н°   захватываются органическим веществом

НАДФ⁺НАДО ННАДФ Н₂°

Это вещество богато энергией, которая необходима будет в темновой фазе.

ОН^- оставшись без противоположных заряженных частиц теряют ê и

превращаются в радикалы, которые, попарно соединяясь, образуют

воду и молекулярный кослород

ОН^- - êОН^-                                                                                                                                                                                                                                                                                                     4ОН⁰2Н₂О+О₂

Молекулярный кислород диффундирует через устьица листа в окружающую атмосферу, т.е. атмосферу Земли. Некоторые из «возбужденных» ê хлорофилла и ê от ОН^- участвуют в образовании макроэргической связи в АТФ, т.е. ê, обладает большим запасом энергии:

АДФ + Ф + энергия  êАТФ

Вопрос:

-Каковы продукты фотосинтеза световой фазы?

(О₂, АТФ, НАФ Н).

Итоги световой фазы:

1)             фотолиз Н₂ОН⁺+ОН^-

2)             восстановление НАДФ⁺+2Н°НАДФ Н₂°

3)             синтез АТФ: АДФ+ФАТФ

4. Темновая фаза фотосинтеза.

(рассказ с использованием таблиц, рис. 18, стр. 50).

Темновая фаза - ферментативная, происходит в строме хлоропластов. В этой фазе происходит ряд ферментативных реакций, в результате которых из СО₂ и Н₂О образуется глюкоза. При это используется энергия АТФ и водород, полученные в световую фазу. Цикл Кольвина (М. Кольвин - американский биохимик, изучивший процесс темновой фазы фотосинтеза). СО₂ из воздуха поступает в строму хлоропласта и вступает в соединение с пентозой (рибулозой-5-фосфатом), находящийся в клетке. Предварительно этот сахар формируется с образованием рибулодифосфата, которыйкарбоксилируется путем присоединения СО₂. Образуется нестойкое шестиуглеродное соединение, в результате гидролиза расподающееся на два трехуглеродное соединение фосфоглицериновой кислоты. Эти молекулы восстанавливаются в присутствии НАДФ Н и АТФ с образованием трехуглеродного сахара - триозы. В результате конденсации 2-х таких триоз образуется молекула гексозы, которая может включатьсяв молекулу крахмала, и т.о. откладывается в запас.

6 СО₂ + НАДН 2Н+2АТФС₆Н₁₂О₆+НАДФ⁺+2АДФ

6СО₂+6Н₂ОС₆Н₁₂О₆+6 О₂        

Фотосинтез — основной поставщик органических соединений и свободного кислорода на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО₂ в атмосфере, предотвращая перегрев Земли, а созданный озоновый слой защищает все живое от губительного У-излучения. Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, магния, кальция, калия.

5. Хемосинтез.

Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, только он иной, чем у растений. Этот тип обмена был открыт русским ученым микробиологом С.Н. Виноградским. Бактерии обладают специальным ферментом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию реакций окисления неорганических веществ, в энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом.

Из микроорганизмов, осуществляющих хемосинтез, важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления

NH₃ в HNO₃

HNO₂HNO₃

Fe²⁺Fe³⁺

H₂SH₂SO₄

N₂NH₃

II. Закрепление изученного материала.

1. В каких органоидах клетки протекает фотосинтез?

2. Как преобразуется энергия излучения Солнца в хлоропласте?

3. Какие процессы происходят в световую фазу фотосинтеза?

4. Какие процессы происходят в темновую фазу фотосинтеза?

5. Охарактеризуйте значение зеленых растений для жизни на Земле? Можно проводить в виде тестовой работы, которую учащиеся проверяют сами (самоконтроль).

Тест

Вариант 1

1. Организмы, живущие за счет неорганического источника углерода:

А) автотрофы

Б) гетеротрофы

В) хемотрофы

Г) фототрофы

2. Пигмент хлорофилл сосредоточен:

А) в оболочке хлоропласта

Б) в строме

В) в гранах

3. В хлоропластах световые реакции протекают:

А) только в квантосомах

Б) в гранах и строме

В) в гранах и тилакоидах

Г) в тилакоидах и строме

4. На какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод:

А) световая стадия

Б) темновая стадия

5. Какую роль играют ферменты при фотосинтезе:

А) нейтрализуют

Б) катализуют

В) расщепляют

6. Конечными продуктами световых реакций фотосинтеза являются:

А) АТФ, вода, О₂

Б) АТФ, углеводы, О₂ 

В) НАДФ Н₂, АТФ, О₂

Г) НАДФ Н₂, Н2О, О₂

Вариант 2

1. Организмы, живущие за счет органического источника углерода:

А) автотрофы

Б) гетеротрофы

В) хемотрофы

Г) фототрофы

2. В каких органеллах клетки осуществляется процесс фотосинтеза:

А) в митохондриях

Б) в рибосомах

В) в хлоропластах

Г) в хромопластах

3. В какую стадию фотосинтеза образуется свободный кислород?

А) в темновую

Б) в световую

В) постоянно

4. Что происходит с АТФ в световую фазу?

А) синтез

Б) расщепление

5. Расщепляются ли молекулы СО₂ при синтезе углеводов:

А) да

Б) нет

6. В хлоропласте темновые фазы фотосинтеза протекают в:

А) в строме

Б) в гранах и строме

В) в гранах и тилакоидах

Г) тилакоидах и строме

III. Домашнее задание:

§10, задание №5 выполнить в тетради.