Методический материал для изучения темы "Метаболизм растительной клетки. Фотосинтез"

Фотосинтез

Типы питания

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

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

Фотосинтез

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

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός - зелёный и φύλλον - лист) - зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет.

Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Светозависимая фаза (световая)

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

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света): H₂O -- H⁺ + OH^-

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена). 4OH -- 2H₂O + O₂↑

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

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

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению.

Светонезависимая (темновая) фаза

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

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

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

Значение фотосинтеза

• Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете

• Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу

• Растения поддерживают определенный процент содержания O₂ в атмосфере, очищают ее от избытка CO₂

• Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

вопросы для работы

1. какие типы питания бывают у организмов?

2. что такое фотосинтез?

3. из каких фах состоит фотосинтез, опишите их.

4. в чем значение фотосинтеза?

5. запишите схему процесса фотосинтеза

вопросы для проверки знаний

1. Процесс образования органических веществ из неорганических, называется…(А). Он протекает в …(Б). При фотосинтезе поступает … (В) и выделятся …(Г). В процессе фотосинтеза образуется…(Д).

Перечень терминов: 1) хлоропласт 2) фотосинтез 3) кислород 4) углекислый газ 5) углевод

1. выберите соответствующие характеристики для фотосинтеза

А) происходит в любых живых клетках
Б) поглощается кислород
В) происходит в хлоропластах
Г) происходит в митохондриях
Д) синтезируются углеводы
Е) поглощается углекислый газ

1. Установите соответствие между способом питания и организмом

СПОСОБ ПИТАНИЯ

1) автотрофный
2) гетеротрофный

организмы

а)ромашка, б)крокодил, в) блоха, г)липа, д) кишечная палочка

1. Установите соответствие между фазами фотосинтеза и особенностями этих процессов: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ

А) солнечный свет необходим
Б) атомы водорода присоединяются к молекулам-переносчикам
В) происходит связывание углекислого газа
Г) солнечный свет не требуется
Д) синтез крахмала
Е) в результате фотолиза воды образуются ионы водорода

ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

1) световая
2) темновая

5.  Каково зна­че­ние фо­то­син­те­за в природе?

1) обес­пе­чи­ва­ет ор­га­низ­мы ор­га­ни­че­ски­ми веществами

2) обо­га­ща­ет почву ми­не­раль­ны­ми веществами

3) спо­соб­ству­ет на­коп­ле­нию кис­ло­ро­да в атмосфере

4) обо­га­ща­ет ат­мо­сфе­ру па­ра­ми воды

5) обес­пе­чи­ва­ет большинство живых организмов на Земле энергией

6) обо­га­ща­ет ат­мо­сфе­ру мо­ле­ку­ляр­ным азотом

1. Прочитайте текст письма. Найдите ошибки, допущенные автором письма. Исправьте ошибки.

Здравствуйте, юные биологи! С приветом к вам Иван Перепуткин. Я великий знаток процесса фотосинтеза. А вы, знаете его? 1. Фотосинтез происходит в корнях и листьях, только ночью, когда никто не мешает. 2. В ходе этого процесса образуется вода, а кислород расходуется. 3. Луна посылает свою энергию и в клетках образуются органические вещества: сначала крахмал, а потом сахар. 4. В процессе фотосинтеза выделяется много энергии, поэтому растения не боятся холода зимой. 5. Без фотосинтеза мы бы задохнулись, так как не было бы обогащения атмосферы углекислым газом.