Механизм процесса фотосинтеза

Теоретические сведения

Но давайте мысленно перенесёмся лет на четыреста назад, в 1600 год. Именно тогда бельгийский естествоиспытатель Ян Ван-Гельмонт решил узнать, благодаря чему растёт растение. Для этого он поставил опыт: посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю. В течение пяти лет он поливал растение чистой дождевой водой, не содержащей минеральных солей. Взвесив иву, через пять лет, ученый обнаружил, что её вес увеличился на 65 килограммов, а вес земли в горшке уменьшился всего на 50 граммов. Откуда растение добыло 64 кг 950 г питательных веществ?

• Ван-Гельмонт решил, что всё дело в поглощённой растением воде. Так возникла водная теория питания растений.

Результаты проведённого опыта очень заинтересовали других учёных, а вот объяснение, предложенное Ван-Гельмонтом, их совсем не устроило. И начался активный поиск ответа на поставленный вопрос.

Возвращаемся в XXI век.

Исследователь не учёл возможности воздушного питания растений, т.е. существование процесса фотосинтеза.

2)

Фотосинтез – это процесс образования кислорода зелёными растениями на свету.

Фотосинтез – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений (определение, данное в 70-е годы XIX столетия К.А. Тимирязевым).

Что является самым важным в процессе фотосинтеза? (Ответ: образование органических веществ из неорганических).

• Какие вещества необходимы для процесса фотосинтеза? (Ответ: углекислый газ, вода, хлорофилл).
• Какие вещества образуются в результате данного процесса? (Ответ: углеводы (глюкоза, крахмал) и кислород).
• При каком условии протекает процесс фотосинтеза? (Ответ: на свету).

Фазы фотосинтеза

• Что нового о фотосинтезе вы узнали в школе?

(Ответ: фотосинтез происходит в хлоропластах и включает две последовательные фазы: световую и темновую).

• Что происходит во время световой фазы?

(Ответ: энергия солнца запасается в виде АТФ. В атмосферу выделяется кислород).

• Что происходит в темновую фазу?

(Ответ: образование углеводов из углекислого газа и воды за счёт энергии, запасённой в световую фазу).

III.

Чтобы понять механизм процесса фотосинтеза, нам потребуются знания не только биологии, но и химии, и физики. Каждая наука раскрывает свою сторону процесса, но только объединившись, они дают целостную картину мира.

Механизм процесса фотосинтеза

а) Световая фаза

Световая фаза – это стадия, для протекания реакций которой требуется поглощение кванта солнечной энергии. В ходе реакций энергия света преобразуется в энергию химических связей.

Молекулы хлорофилла поглощают красные и сине-фиолетовые лучи светового спектра. При этом одни молекулы улавливают свет с длиной волны 700 нм и образуют фотосистему I. Другие молекулы воспринимают волны длиной 680 нм и образуют фотосистему II.

Молекулы хлорофилла фотосистемы I поглощают квант солнечной энергии и переходят в активное состояние. В результате эти молекулы теряют электроны и окисляются. Электроны попадают на наружную мембрану гран и включаются в окислительно-восстановительные реакции.

Молекула хлорофилла стремится закрыть образовавшиеся «электронные дырки». Где же взять электроны? Из фотосистемы II.

Под действием света молекулы хлорофилла фотосистемы II тоже переходят в активное состояние и теряют электроны, которые закрывают «электронные дырки» в фотосистеме I. Но в этом случае «дырки» образуются в фотосистеме II. Чем же их закрыть?

Оказывается, под влиянием электронов, имеющих избыток энергии за счёт фотореакций, происходит процесс фотолиза воды (от лат. «фото» – свет, «лизис» – разложение):

2Н₂О → 4Н⁺ + 4е^- + О₂ ↑ (под действием энергии света)

• Что происходит с продуктами реакции фотолиза воды? Кислород выделяется в атмосферу, электроны направляются в фотосистему II и закрывают «электронные дырки». А катионы водорода накапливаются на внутренней поверхности мембраны гран.

Итак, на внешней поверхности мембраны накопились электроны, несущие отрицательный заряд, на внутренней поверхности – катионы водорода, несущие положительный заряд.

• Вспомните из курса физики, что в таком случае возникает? (Ответ: разность потенциалов).
• К чему приводит возникшая разность потенциалов? (Ответ: к выделению энергии, которая идёт на синтез АТФ).

• Где происходит синтез АТФ? (Ответ: в каналах мембраны гран).
• Если обработать хлоропласты каким-либо веществом, повышающим проницаемость мембран для ионов, то молекулы АТФ не синтезируются. Объясните, почему? (Ответ: не возникает разности потенциалов).
• Что происходит с катионами водорода? (Ответ: они присоединяют электроны, превращаются в атомы водорода и соединяются с молекулами-переносчиками).

Н⁺ + е^- → Н

Н + НАДФ → НАДФ•Н

Основным переносчиком атомов водорода является вещество НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Полученный комплекс богат энергией и будет играть роль восстановителя в реакциях темновой фазы.

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходит:

• процесс разложения воды под действием энергии солнечного света, т.е. … (фотолиз воды);
• выделение в окружающую среду побочного продукта фотосинтеза – … (кислорода);
• преобразование энергии света в … (химическую энергию АТФ и НАДФ•Н).

б) Темновая фаза

Темновая фаза представляет собой процесс превращения углекислого газа в глюкозу и протекает в строме хлоропласта. Последовательность происходящих при этом окислительно-восстановительных реакций была впервые описана учёным Кальвином и получила название цикла Кальвина. Восстановителем в большинстве реакций является водород, доставляемый НАДФ•Н. Каждая реакция в цикле Кальвина идёт при участии своего фермента за счёт энергии АТФ, запасённой в световую фазу фотосинтеза.

Итоговое уравнение фотосинтеза: 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ↑. (Слайд 8, по щелчку).

Значение фотосинтеза

О фотосинтезе можно говорить не только на уроках биологии и химии. Если по-настоящему любить природу, можно описать этот процесс красивым литературным языком.

Основным источником тепла и света является космическое тело – Солнце. А зелёные растения – единственные организмы на нашей планете, которые способны усваивать солнечную энергию и переводить её в химическую энергию органических веществ.

Изобретатель паровоза Стефенсон как-то задал вопрос своему приятелю: «Что движет проходящий перед нами поезд?» «Конечно, твое изобретение», –ответил его друг. «Нет, – сказал Стефенсон, – его движет тот солнечный луч, который сотни миллионов лет назад поглотило зеленое растение».

Значение фотосинтеза

1. Ежегодно на планете образуется 150 млн тонн органического вещества.

2. В атмосферу ежегодно выделяется 200 млн тонн кислорода, который необходим для всех живых организмов.

3. Из кислорода в верхних слоях атмосферы образуется озон, который защищает всё живое на Земле от губительного действия УФ-лучей.

4. Фотосинтез регулирует содержание углекислого газа в атмосфере.

Задание на дом:

Проработать теорию по видео. Записать в тетрадь значение фотосинтеза

Фото работ прислать на электронную почту: helenkha18@ mail.ru