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 сине-фиолетовую 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
hν | ||||||||||
6СО2 | + | 6Н2О | → | С6Н12О6 | + | 6О2↑ | ||||
хлорофилл | глюкоза | |||||||||
или | ||||||||||
hν | ||||||||||
СО2 | + | Н2О | → | [СН2О] | + | О2↑ | ||||
хлорофилл | органические вещества | |||||||||
↓ | ↓ | |||||||||
световая фаза | темновая фаза | |||||||||
в тилакоидах гран хлоропласта | 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
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.
22. Какие из перечисленных организмов способны к фотосинтезу?
а) 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.