Процес фотосинтезу

Процес фотосинтезу відбувається у хлоропластах у два етапи. В гранах (тилакоїдах) протікають реакції, які викликаються світлом - світлові, а в стромі - реакції, не пов’язані з світлом - темнові, або реакції фіксації вуглецю.

Світлові реакції

1. Світло, падаючи на молекули хлорофілу, які знаходяться у мембранах тилакоїдів гран, приводить їх у збуджений стан. Унаслідок цього електрони (е) сходять зі своїх орбіт і переносяться за допомогою перенощиків за межі мембрани тилакоїда, де накопичуються, створюється негативно заряджене електричне поле.

2. Місце електронів у молекулах хлорофілу займають електрони води

( е), тому що вода під дією світла піддається фотолізу:

Н 2О → О Н + Н ⁺; О Н ^- - е → ОН

Гідроксили О Н,^- що стали радикалами ОН, об’єднуються :

4ОН →2Н2О +■ 6)2 ↑ утворюють воду і вільний кисень, який виділяється в атмосферу.

3. Протони Н⁺, які вийшли через мембрану тилакоїда і накопичуються всередині, утворюють позитивно заряджене електричне поле, що призводить до збільшення різниці потенціалів по два боки мембрани.

4. При досягненні критичної різниці потенціалів протони Н⁺ по протонному каналу у ферменті АТФ - синтетази, вмонтовані у мембрану тилакоїда, зовні. На виході з протонного каналу створюється високий рівень енергії, яка йде на синтез АТФ (АДФ + Ф =АТФ). Молекула АТФ, яка утворилась, переходить у строму, де бере участь у реакціях фіксації вуглеводу.

5. Протони Н⁺, які вийшли на поверхню мембрани тилакоїда, з’єднуються з електронами (е), утворюють атомарний водень Н, який йде на відновлення перенощика НАДФ⁺ ;

2е + H⁺ + НАДФ⁺ —— НАДФ H (перенощик з приєднаним воднем)

Таким чином, активований світловою енергією електрон хлорофілу, використовується для приєднання водню до перенощика.

Реакції фіксації вуглеводу ( темнові реакції)

Відбуваються у стромі хлоропласту, куди надходить АТФ, НАДФ⁺ від тилакоїдів гран і CO₂ з повітря. Крім того, там постійно знаходиться п’яти- вуглецеві сполуки - пентози C_{5 s} які утворюються у циклі Кальвіна (циклі фіксації CO₂ ). Цей цикл можна прослідкувати на вуглеводі як головному елементі вуглеводів.

1. До пентози C₅ приєднується CO₂ унаслідок цього з’яється нестійка шестивуглецева сполука C₆, яка розщеплюється на дві тривуглецеві групи 2 C₃ - тріози.

2. Кожна з тріоз приймає по одній фосфатній групі від 2 АТФ, що збагачує молекули енергією.

3. Кожна з тріоз 2 C₃ приєднує по одному атому водню від 2 НАДФ Н

4. Після цього одні тріози об’єднуються, утворюючи вуглеводи

2 C3 — C₆ — CT∣2O ( глюкоза)

5.Інші тріози об‘єднуються, утворюючи пентози 5C3—3C5 і знову включаються в цикл фіксації CO₂

Cумарна реакція фотосинтезу:

C O₂ +Н ₂ O —(енергія світла, хлорофіл) —C₆ Н₁₂ O₆ +6 O₂

Фотосинтез і врожай

Врожай рослин залежить від продуктивності фотосинтезу, який обумовлений складним комплексом зовнішніх факторів і генетичними особливостями самої рослини. Листок - основний орган фотосинтезу і тому будь-яке захворювання листків, недорозвиток хлоропластів або недостатній синтез (хлороз) веде до зниження продуктивності рослин. Навпаки, листова поверхня і рух листків до світла, велика кількість продих, забезпечує газообмін; добре розвинена сітка провідних судин забезпечує швидкий

транспорт речовин, створюють для фотосинтезу оптимальні умови. (рис.26.1).

Темнова фаза (Цикл Кальвіна)

2C₃- C_eJc_eH₁₂O₆

Рис.

Оптимальний світловий режим (інтенсивність освітлення, переважання червоних променів у спектрі) забезпечує високу швидкість фотосинтезу. На практиці для підвищення врожайності необхідно дотримуватись певної густоти посіву (щоб зменшити взаємного затінення). Проводити посадку так, щоб освітлення було максимальним, забезпечити додаткове освітлення. Також враховується і різниця у поглинанні світла для світлолюбивих рослин і тіньовитривалих, що особливо важливо при підборі культур для змішаного посіву. Оптимізація фотосинтезу забезпечує підтримку найбільш сприятливого температурного режиму (+ 20-25 °С).

Забезпеченість водою і вуглекислим газом - важлива умова для нормального ходу фотосинтезу. Достатній режим зволоження, вміст вуглецю позитивно впливає на фотосинтез. Підвищуючи продуктивність фотосинтезу сільськогосподарських рослин, можна підвищити врожайність.

Питання для самоконтролю

1. Сформулюйте закон збереження енергії.

2. Назвіть головне джерело енергії на Землі, що визначає можливість життя.

3. Що таке енергетичні рівні у ланцюгу живлення?

4. З яких двох протилежних процесів складається обмін речовин і енергії?

5. Що називають пластичним обміном у клітині?

6. Що таке асиміляція?

7.Чи витрачається АТФ у процесі асиміляції ?

8. Які речовини утворюються у процесі асиміляції?

9. Що таке дисиміляція? Чому вона відбувається поетапно?

10. Що властиво для кожного етапу і як це пов’язано з їх назвами?

11. Прослідкуйте послідовне перетворення крохмалю і енергії у процесі дисиміляції ( І, ІІ, ІІІ)?

12. Які кінцеві продукти дисиміляції білків, жирів, вуглеводів ?

13. Які умови необхідні для біосинтезу білка?

14. Яка роль ДНК у процесі біосинтезу білка?

15. Яким чином відбувається передача (транскрипція) інформації з ДНК на РНК?

16. Скільки видів амінокислот бере участь у синтезі білків ?

17. Яка будова рибосом, де вони народжуються і де розміщуються ?

18. Що таке полісома ?

19. Який процес відбувається у рибосомах і яка роль р РНК ?

20.

21. Що представляє собою мономер білкової молекули ?

22. Що представляє собою поліпептидний ланцюг ?

23. Яка структура білка формується з поліпептидного ланцюга ?

24. Чому синтез білка називають матричним?

25. Відновіть етапи проходження біосинтезу білка: у хромосомах, рибосомах, каналах ЕПС?

26. Чим пояснюється різноманітність білків і їх специфічність?

27.Чому значення зелених рослин на Землі К. А.Тімірязєв назвав космічною?

28. У якій органелі рослинної клітини міститься хлорофіл ?

29. Яка внутрішня будова хлоропласта ?

30. Як називають немембранну частину хлоропласта?

31.Чим вкритий хлоропласт і яку він має форму?

32. Які умови необхідні для процесу фотосинтезу?

33. З яких двох фаз складається хлоропласт?

34. Як використовується енергія збудженого атому?

35. Які перетворення енергії відбуваються у хлоропласті ?

36. Що таке фотоліз води ?

37. Яка хімічна природа енергетичного процесу при фотосинтезі?

38. Що утворюється у період проходження світлової фази ?

39. Який тип дихання організмів з‘явився на Землі у зв’язку з виникненням світлової фази фотосинтезу ?

40.Чому кінцеві стадії фотосинтезу називають темновими?

41.Які структури і які речовини беруть участь у темнових реакціях фотосинтезу?

42.Чи є процес фотосинтезу ферментативним?

43. Які вуглеводи вважаються ферментативними?

44. У яку фазу фотосинтезу виділяється кисень, який виділяється в атмосферу? 45.Чи можна вважати, що фотосинтез складається з двох процесів - асиміляції і дисиміляції?

46.Чи можна вважати рослини єдиними організмами на Землі, які утворюють з неорганічних речовин органічні ?

47. Які організми називаються автотрофними ?

48. Який спосіб живлення з’явився на Землі раніше - хемотрофний чи фототрофний ?

49.Чим живляться сапрофіти і паразити ?

50. Наведіть приклади автотрофних і гетеротрофних організмів?

51. Які способи живлення у зеленої водорості, білого гриба, гнильної бактерії, бичачого ціп’яка, вовка, людини ?

Тестові завдання

1.

а. створення органічної речовини

б. розщеплення органічної речовини

в. гниття органічної речовини

2. Чому дисиміляція називається енергетичним обміном

а. поглинання енергії

б. виділення енергії

в. згорання енергії

3. Що включає у себе процес дисиміляції

а. синтез органічних речовин з поглинання енергії

б. розпад органічних речовин з виділенням енергії

в. перерозподіл енергії

4. Що включає у себе процес асиміляції

а. синтез органічних речовин з поглинання енергії

б. розпад органічних речовин з виділенням енергії

в. перерозподіл енергії

5. Які процеси відбуваються у клітині,що відносяться до асиміляції

а. синтез білка

б. фотосинтез

в. синтез ліпідів

г. синтез АТФ

д. дихання

6. Чим відрізняється окислення органічних речовин у мітохондріях від горіння цих же речовин

а. виділення теплоти

б. виділення теплоти і синтез АТФ

в. синтез АТФ

г. процес окислення з участю ферментів

д. без участі ферментів

7. Що спільного між окисленням, який відбувається у мітохондріях клітині і горінням

б. утворення вуглекислого газу і води

в. виділення тепла

г. синтез АТФ

8. На якому етапі дисиміляції полімери розщеплюються до мономерів

а. І

б. ІІ

в. ІІІ

9. Що відбувається з глюкозою на ІІ етапі дисиміляції

а. гліколіз з утворенням молочної кислоти

б. окислення до вуглекислого газу і води

в. розщеплення органічних речовин

10. Який етап дисиміляції називають кисневим

а. І

б. ІІ

в. ІІІ

11. Що відбувається при дисиміляції

а. у процесі реакції до проміжних продуктів приєднується кисень

б.виділяється кисень

в. розкладаються речовини

12. На якому етапі дисиміляції вуглеводів синтезується 2 АТФ

а. І

б. ІІ

в. ІІІ

13. На якому етапі дисиміляції вуглеводів синтезується 36 АТФ

а. І

б. ІІ

в. ІІІ

14. На якому етапі дисиміляції вуглеводи не синтезується

а. І

б. ІІ

в. ІІІ

15. Які компоненти клітини безпосередньо приймають участь у біосинтезі білка

а.

б. ядерце

в. ядерна оболонка

г. хромосоми

16. Яка функція ДНК у синтезі білка

а. самоподвоєння

б. транскрипція

в. синтез т РНК

г. синтез і РНК

17. Ген молекули ДНК це

а. білок

б. амінокислота

в. ген

18. Яка структура ядра містить інформацію про одного білка

а. молекула ДНК

б. триплет нуклеотидів

в. ген

19. Які компоненти складають тіло рибосоми

а. мембрани

б. білки

в. вуглеводи

г. РНК

д. жири

20. Чому відповідає триплет і РНК

а. амінокислоті

б. білку

в. вуглеводу

21. Скільки амінокислот приймає участь у біосинтезі білків

а. 100

б. 20

в. 30

22. Що утворюється у рибосомі у процесі біосинтезу білка

а. білок третинної структури

б. білок вторинної структури

в. поліпептидний ланцюг

23. Де формуються складні структури молекули білка

а. рибосомі

б. матриксі цитоплазми

в. канали ЕПС

24. У яких органелах клітини відбувається процес фотосинтезу

а. мітохондрії

б. рибосоми

в. хлоропласти

г. хромопласти

25. Де нагромаджений пігмент хлорофіл

а. оболонка хлоропласта

б. строма

в. грани

26. Які промені спектру поглинають хлорофіл

а. червоні

б. зелені

в. фіолетові

27. При розщеплені якої сполуки виділяється вільний кисень при фотосинтезі

а. вуглекислий газ

б. вода

в. АТФ

28. У яку стадію фотосинтезу утворюється вільний кисень

а. темнову

б. світлову

в. постійно

29. Що відбувається з АТФ у світлову стадію

а. синтез

б. розщеплення

в. розчинення

30. На якій стадії у хлоропласті утворюється первинний вуглевод

а. світловій

б. темновій

в. проміжній

30. Яку роль відіграють ферменти при фотосинтезі

а. нейтралізують

б. каталізують

в. розщеплюють

31.Чи є хлорофіл у хемосинтезуючих організмів

а. так

б. ні

в. інколи

32. Який спосіб живлення у людини

а. автотрофний

б. гетеротрофний

в. хемотрофний

33. Які рослини створюють найбільшу біомасу і виділяють більшу частину кисню

а. спорові

б. насінні

в. водорості

27.