Конспект. Фотосинтез.

ТЕМА 16.
ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ
1. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ
Фотосинтез
Фотосинтез – процесс преобразования Е солнечного света в Е
химических связей органических веществ клетками зеленых растений, некоторых бактерий, содержащих пигменты.
Фотосинтетическими пигментами являются:
1. Хлорофилл (а-d) – зеленый, поглощает красную и синефиолетовую часть спектра.
2. Бактериохлорофилл (а-е) – бледно-синий.
3. Каротиноиды: каротин – оранжевый, ксантофилл – желтый; поглощают сине-фиолетовую часть спектра.
4. Фикобилины: фикоциан – сине-фиолетовый, фикоэритрин – фиолетово-красный; поглощают зеленую часть спектра.
Фотосинтез – создание на свету из СО2 и Н2О органических веществ с помощью хлорофилла, при этом в атмосферу выделяется О2
6СО2
+
6Н2О
hν
→
хлорофилл
С6Н12О6
глюкоза
+
6О2↑
или
СО2
+
Н2О
hν
→
хлорофилл
↓
световая фаза
в тилакоидах гран хлоропласта
[СН2О]
органические вещества
+
О2↑
↓
темновая фаза
в строме хлоропласта
(Видеофрагмент «Строение хлоропласта».)
Световая фаза
нециклический путь ē (нециклическое фотофосфорилирование).
циклический путь ē (циклическое фотофосфорилирование).
Кванты света (hν) поглощаются фотосистемой I, возбужденные светом ē выбрасываются из реакционного центра Р700 и по цепи
переносчиков ē (Р430, ферредоксин, редуктаза ферредоксина) переносятся на НАДФ+, восстанавливая в НАДФН.
Возникшая при этом в реакционном центре Р700 «дырка» заполняется ē, который возбуждается светом в фотосистеме II, в ее
реакционном центре Р680. Этот ē перемещается по цепи переносчиков (Z, пластохинон, цитохромы, пластоцианин) и заполняет «дырку» в фотосистеме I. По пути «вниз» этот богатый Е ē расходует ее
на синтез АТФ из АДФ и Ф (фотофосфорилирование).
«Дырка», возникшая в фотосистеме II, заполняется ē, которые
образуются в результате фотолиза воды
hν
2Н2О → 4Н++4ē + О2↑
Таким образом, энергия света обеспечивает:
1. Синтез АТФ.
2. Восстановление НАДФ + в НАДФН.
3. Фотолиз воды, который поставляет ē для фотосистем I и II.
4. Фотолиз воды ведет к образованию О2, который при фотосинтезе не используется.
В данном случае рассматривается нециклическое фотофосфорилирование.
Существует еще и циклическое фотофосфорилирование, при
котором ē от Р430 возвращаются на Р700.
Сравнение нециклического и циклического
фотофосфорилирования
Фотофосфорилирование
Нециклическое
Циклическое
Путь ē
Нециклический
Циклический
Первый донор ē
Н2О
Фотосистема I
Последний акцептор ē
НАДФ
Фотосистема I
Продукты
АТФ, НАДФН, О2
АТФ
Участвующие фотосистемы I, II
I
Темновая фаза
В строму хлоропласта поступают из световой фазы НАДФН,
АТФ и из атмосферы СО2, протекает цикл Кальвина, в результате
синтезируется глюкоза:
1. Карбоксилирование – присоединение СО2 к 5С РиБФ с образованием ФГК.
2. Восстановление ФГК до ТФ с использованием НАДФН
и АТФ. Из 2 ТФ образуется конечный продукт – глюкоза.
3. Регенерация акцептора для СО2 – РиБФ.
Наряду с наиболее распространенным циклом Кальвина (С3–
путь) для некоторых растений характерен путь Хэтча-Слэка (С4–
путь), при котором первыми продуктами фотосинтеза являются
4 С–кислоты (яблочная, ЩУК, аспарагиновая). С4–растения: кукуруза, сорго, просо, сахарный тростник.
Фотосинтез у прокариот
Особенностями бактериального фотосинтеза являются:
1. Не выделяется О2, нет фотолиза воды.
2. Донор Н – Н2, Н2S, органические соединения.
3. Нет фотосистемы II, только фотосистема I.
4. Главный пигмент – бактериохлорофилл.
Фотосинтезирующими бактериями являются:
 зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии (донор Н
и ē – Н2S);
 пурпурные несерные бактерии (донор Н – органические соединения).
У сине-зеленых водорослей фотосинтез протекает, как у эукариот, только у них (сине-зеленых водорослей) нет хлоропластов,
поэтому он происходит на фотосинтетических мембранах по всей
цитоплазме.
Хемосинтез
Хемосинтез осуществляют бактерии, которые используют
в качестве источника углерода СО2, а Е получают за счет Е окислительно-восстановительных реакций. Хемосинтез открыл С.Н. Виноградский в 1889–1890 гг.
Хемосинтез осуществляют:
1. Бесцветные серобактерии. Обитают в водоемах, содержащих сероводород.
2H2S + O2→2H2O +2S+E
2S + 3O2+ 2H2O →2H2SO4+ E
2. Нитрифицирующие бактерии. Осуществляют круговорот
азота в природе, нитрификацию почв.
2NH3+ 3O2→ 2HNO2 + 2H2O +E
Nitrosomonas
2 HNO2+ O2 → 2HNO3 +E
Nitrobacter
3. Железобактерии. Образуют руды железа (также образуются
и руды марганца).
4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 +E
4. Водородные бактерии окисляют водород, образующийся
при анаэробном разложении органических остатков
2H2+ O2 → 2H2O + E
Pseudomonas
2. ТЕСТЫ С ВЫБОРОМ ОДНОГО ПРАВИЛЬНОГО ОТВЕТА
1. Какой из перечисленных ниже процессов характерен для
всех живых организмов?
а) хемосинтез;
б) фотосинтез;
в) обмен веществ и энергии;
г) спиртовое брожение.
2. Метаболизм в клетке состоит из процессов:
а) возбуждения и торможения;
б) пластического и энергетического обмена;
в) роста и развития;
г) транспорта гормонов и витаминов.
3. В обеспечении организма строительным материалом состоит значение:
а) энергетического обмена;
б) пластического обмена;
в) световой фазы фотосинтеза;
г) окисления органических веществ.
4. При нарушении пластического обмена прекращается снабжение клетки:
а) белками;
б) молекулами АТФ;
в) энергией;
г) кислородом.
5. Реакции окисления органических веществ в клетке, сопровождаемые синтезом молекул АТФ, за счет освобождаемой энергии
называют:
а) энергетическим обменом;
б) пластическим обменом;
в) фотосинтезом;
г) хемосинтезом.
6. Кроме растений, к автотрофным организмам относят:
а) грибы-сапротрофы;
б) бактерии гниения;
в) хемосинтезирующие бактерии;
г) шляпочные грибы.
7. Животные не создают органические вещества из неорганических, поэтому их относят к:
а) автотрофам;
б) гетеротрофам;
в) прокариотам;
г) хемотрофам.
8. Растения, в отличие от животных, в процессе питания не
используют:
а) энергию солнечного света;
б) готовые органические вещества;
в) углекислый газ и воду;
г) минеральные соли.
9. Хемосинтезирующие бактерии в экосистеме:
а) потребляют готовые органические вещества;
б) разлагают органические вещества до минеральных;
в) разлагают минеральные вещества;
г) создают органические вещества из неорганических.
10. К какой группе по способу питания относят бактерию дизентерийную палочку?
а) сапротрофы;
б) паразиты;
в) симбионты;
г) автотрофы.
11. Исходным материалом для фотосинтеза служат:
а) кислород и углекислый газ;
б) вода и кислород;
в) углекислый газ и вода;
г) углеводы.
12. Фотосинтез происходит:
а) в хлоропластах;
б) в лейкопластах;
в) в хромопластах;
г) в митохондриях.
13. В основе фотосинтеза лежит процесс превращения:
а) энергии света в энергию неорганических соединений;
б) энергии света в энергию органических соединений;
в) энергии органических соединений в энергию неорганических соединений;
г) энергии мелких органических молекул в энергию более
крупных органических молекул.
14. Фотосинтез – это:
а) совокупность реакций биосинтеза;
б) совокупность всех ферментативных реакций клетки;
в) совокупность реакций расщепления;
г) синтез органических веществ за счет световой энергии.
15. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:
а) синтеза АТФ;
б) синтеза белков;
в) синтеза глюкозы;
г) расщепления углеводов.
16. Основу реакционного центра хлорофилла составляет атом:
а) Ca;
б) Mg;
в) Na;
г) Fe.
17. Фотолизом воды называется:
а) синтез АТФ;
б) разложение воды под действием света;
в) окисление глюкозы;
г) расщепление органических веществ.
18. При фотосинтезе кислород образуется в результате:
а) фотолиза воды;
б) разложения углекислого газа;
в) восстановления углекислого газа до глюкозы;
г) синтеза АТФ.
19. В каком случае правильно перечислены процессы, происходящие в световой фазе?
а) образование глюкозы, кислорода, АТФ;
б) возбуждение хлорофилла, синтез АТФ и фотолиз воды;
в) связывание углекислого газа, образование глюкозы
и кислорода;
г) синтез АТФ и глюкозы.
20. Какое вещество участвует в процессе фотосинтеза?
а) НАД;
б) ФАД;
в) НАДФ;
г) кофермент А.
21. Хлорофилл в хлоропластах растительных клеток:
а) осуществляет связь между органоидами;
б) ускоряет реакции энергетического обмена;
в) поглощает энергию света в процессе фотосинтеза;
г) осуществляет окисление органических веществ
в процессе дыхания.
тезу?
22. Какие из перечисленных организмов способны к фотосина) дрожжи и холерный вибрион;
б) инфузория и белая планария;
в) ольха и цианобактерии;
г) мухомор и петров крест.
23. В клетках каких организмов содержится в десятки раз
больше углеводов, чем в клетках животных?
а) бактерий-сапрофитов;
б) одноклеточных;
в) простейших;
г) растений.
24. Процесс фотосинтеза не происходит у:
а) раффлезии;
б) повилики;
в) заразихи;
г) все правильно.
25. Какая из названных реакций относится к темновой стадии
фотосинтеза?
а) связывание рибулозобифосфата с углекислым газом;
б) возбуждение молекулы хлорофилла;
в) образование АТФ;
г) фотолиз воды.
26. Какие организмы осуществляют хемосинтез?
а) дрожжи;
б) железобактерии;
в) вирусы;
г) кишечная палочка.
27. При каких условиях фотосинтез не может продолжаться
в темноте?
а) если в клетках отсутствует АТФ;
б) если нет кислорода;
в) если повышено содержание углекислого газа;
г) если отсутствует H.
28. Темновые реакции фотосинтеза протекают в:
а) строме хлоропластов;
б) рибосомах хлоропластов;
в) мембранах тилакоидов;
г) гранах.
29. Конечными продуктами реакций, вызываемых светом, являются:
а) АТФ, НАДФН, О2;
б) углевод, О2;
в) АТФ, углевод, О2.
30. При повышении t выше 20 - 250С скорость фотосинтеза
снижается, потому что:
а) интенсивно начинает испаряться вода;
б) закрываются устьица, что препятствует проникновению СО2;
в) начинается денатурация ферментов, катализирующих
реакции фотосинтеза;
г) снижается возбуждение электронов в молекуле хлорофилла.
31. В ходе какого процесса в растительных клетках синтезируется АТФ?
а) световая стадия фотосинтеза;
б) темновая стадия фотосинтеза;
в) биосинтез белка;
г) редупликация ДНК.
32. Какой процесс происходит в темновой стадии фотосинтеза?
а) синтез АТФ;
б) образование кислорода;
в) синтез углеводов;
г) выделение кислорода.
33. Источником кислорода при фотосинтезе является:
а) вода;
б) углекислый газ;
в) глюкоза;
г) молочная кислота.
34. Энергия света при фотосинтезе используется на:
а) синтез АТФ и фотолиз воды;
б) разложение молекул АТФ;
в) синтез белков;
г) окисление глюкозы.
35. Свободный кислород образуется:
а) в темновой стадии;
б) постоянно;
в) при окислении углеводов;
г) в световой стадии.
3. ТЕСТЫ С ВЫБОРОМ НЕСКОЛЬКИХ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ
1. Укажите, в чем заключается значение фотосинтеза:
а) обогащение атмосферы кислородом;
б) обогащение почвы солями азота;
в) расщепление биополимеров до мономеров;
г) окисление органических веществ до углекислого газа
и воды;
д) обеспечение живых организмов энергией;
е) обеспечение живых организмов органическими веществами.
2. Какие процессы вызывает энергия солнечного света в листе?
а) образование молекулярного кислорода в результате
разложения воды;
б) окисление пировиноградной кислоты до углекислого
газа и воды;
в) синтез молекул АТФ;
г) расщепление биополимеров до мономеров;
д) расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты;
е) образование атомарного водорода при фотолизе воды.
3. В темновую фазу фотосинтеза, в отличие от световой, происходит:
а) фотолиз воды;
б) восстановление углекислого газа до глюкозы;
в) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света;
г) соединение водорода с переносчиком НАДФ+;
д) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов;
е) образование молекул крахмала из глюкозы.
4. УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ
1. Установите соответствие между характеристикой и процессом, к которому она относится.
Характеристика
Процесс
А) при образовании органических веществ 1) фотосинтез;
используется солнечная энергия.
2) хемосинтез.
Б) при образовании органических веществ
используется энергия, высвобождаемая
при окислении неорганических веществ.
В) в атмосферу выделяется кислород.
Г) осуществляется растениями.
Д) осуществляется бактериями.
Е) открыт С.Н. Виноградским в 1889 г.
А
Б
В
Г
Д
Е
2. Установите соответствие между веществами и их функциями при фотосинтезе.
Вещества
А) пятиуглеродный сахар.
Б) АТФ.
В) НАДФ.
Г) глюкоза.
А
Б
Функции при фотосинтезе
1) исходное вещество для начала световых реакций;
2) конечный продукт темновой
фазы;
3) исходное вещество для начала темновых реакций;
4) конечный продукт световой
фазы.
В
Г
3. Установите соответствие между особенностями обмена веществ и организмами, для которых эти особенности характерны.
Особенности обмена веществ
Организмы
А) использование энергии солнечного света 1) автотрофы;
для синтеза АТФ.
2) гетеротрофы.
Б) использование энергии, заключенной
в пище, для синтеза АТФ.
В) использование только готовых органических веществ.
Г) синтез органических веществ из неорганических.
Д) выделение кислорода в процессе обмена
веществ.
А
Б
В
Г
Д
5. УСТАНОВИТЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
1. Установите последовательность реакций и процессов световой фазы фотосинтеза:
А) электроны, выбитые светом, улавливаются акцепторами
электронов и передаются по цепи транспорта электрона.
Б) фермент АТФаза синтезирует АТФ из АДФ и Ф.
В) электроны от воды через акцептор передаются в ФС-2.
Г) электроны от ФС-1 передаются по второй цепи транспорта
к молекуле вещества-переносчика протонов – НАДФ.
Д) кванты света поглощаются ФС-1 и ФС-2, одновременно
в тилакоидах происходит фотолиз воды.
2. Установите последовательность реакций темновой фазы
фотосинтеза:
А) расщепление шестиуглеродного соединения на две трехуглеродные группы.
Б) соединение СО2 с пятиуглеродным сахаром.
В) каждая из триоз принимает по одной фосфатной группе.
Г) объединение триоз, образование углеводов.
Д) каждая из триоз принимает по одному атому водорода.
3. Установите последовательность процессов фотосинтеза:
А) преобразование солнечной энергии в энергию АТФ.
Б) образование возбужденных электронов хлорофилла.
В) фиксация углекислого газа.
Г) образование крахмала.
Д) преобразование энергии АТФ в энергию глюкозы.
6. ДАЙТЕ РАЗВЕРНУТЫЙ ОТВЕТ НА ВОПРОСЫ
1. Каковы основные отличия фотосинтеза от хемосинтеза?
2. Как происходит преобразование энергии солнечного света
в световой и темновой фазах фотосинтеза в энергию химических
связей глюкозы?