Темновые реакции фотосинтеза протекают в: Фотосинтез — урок. Биология, 9 класс.

Темновая фаза фотосинтеза

☰

Темновая фаза фотосинтеза заключается в синтезе органических веществ за счет АТФ и НАДФ·H₂, полученных в световую фазу. Более точно: в темновую фазу происходит связывание углекислого газа (CO₂).

Процесс этот многоступенчатый, в природе существуют два основных пути: C₃-фотосинтез и C₄-фотосинтез. Латинская буква C обозначает атом углерода, цифра после нее — количество атомов углерода в первичном органическом продукте темновой фазы фотосинтеза. Так в случае C₃-пути первичным продуктом считается трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, обозначаемая как ФГК. В случае C₄-пути первым органическим веществом при связывание углекислого газа является четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат).

C₃-фотосинтез также называется циклом Кальвина в честь изучившего его ученого. C₄-фотосинтез включает в себя цикл Кальвина, однако состоит не только из него и называется циклом Хэтча-Слэка.

В умеренных широтах обычны C₃-растения, в тропических — C₄.

Темновые реакции фотосинтеза протекают в строме хлоропласта.

Цикл Кальвина

Первой реакцией цикла Кальвина является карбоксилирование рибулозо-1,5-бифосфата (РиБФ). Карбоксилирование — это присоединение молекулы CO₂, в результате чего образуется карбоксильная группа -COOH. РиБФ — это рибоза (пятиуглеродный сахар), у которой к концевым атомам углерода присоединены фосфатные группы (образуемые фосфорной кислотой):

Химическая формула РиБФ

Реакция катализируется ферментом рибулозо-1,5-бифосфат-карбоксилаза-оксигеназа (

РуБисКО). Он может катализировать не только связывание углекислого газа, но и кислорода, о чем говорит слово «оксигеназа» в его названии. Если РуБисКО катализирует реакцию присоединения кислорода к субстрату, то темновая фаза фотосинтеза идет уже не по пути цикла Кальвина, а по пути фотодыхания, что в принципе является вредным для растения.

Катализ реакции присоединения CO₂ к РиБФ происходит в несколько шагов. В результате образуется неустойчивое шестиуглеродное органическое соединение, которое тут же распадается на две трехуглеродные молекулы

фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

Химическая формула фосфоглицериновой кислоты

Далее ФГК за несколько ферментативных реакций, протекающих с затратой энергии АТФ и восстановительной силы НАДФ·H₂, превращается в фосфоглицериновый альдегид (ФГА), также называемый триозофосфатом.

Меньшая часть ФГА выходит из цикла Кальвина и используется для синтеза более сложных органических веществ, например глюкозы. Она, в свою очередь, может полимеризоваться до крахмала. Другие вещества (аминокислоты, жирные кислоты) образуются при участии различных исходных веществ. Такие реакции наблюдаются не только в растительных клетках. Поэтому, если рассматривать фотосинтез как уникальное явление содержащих хлорофилл клеток, то он заканчивается синтезом ФГА, а не глюкозы.

Большая часть молекул ФГА остается в цикле Кальвина. С ним происходит ряд превращений, в результате которых ФГА превращается в РиБФ. При этом также используется энергия АТФ. Таким образом, РиБФ регенерируется для связывания новых молекул углекислого газа.

Цикл Хэтча-Слэка

У многих растений жарких мест обитания темновая фаза фотосинтеза несколько сложнее. В процессе эволюции C₄

-фотосинтез возник как более эффективный способ связывания углекислого газа, когда в атмосфере возросло количество кислорода, и РуБисКО стал тратиться на неэффективное фотодыхание.

У C₄-растений существует два типа фотосинтезирующих клеток. В хлоропластах мезофилла листьев происходит световая фаза фотосинтеза и часть темновой, а именно связывание CO₂ с фосфоенолпируватом (ФЕП). В результате образуется четырехуглеродная органическая кислота. Далее эта кислота транспортируется в хлоропласты клеток обкладки проводящего пучка. Здесь от нее ферментативно отщепляется молекула CO

2, которая далее поступает в цикл Кальвина. Оставшаяся после декарбоксилирования трехуглеродная кислота — пировиноградная — возвращается в клетки мезофилла, где снова превращается в ФЕП.

Хотя цикл Хэтча-Слэка более энергозатратный вариант темновой фазы фотосинтеза, но фермент связывающий CO₂ и ФЕП более эффективный катализатор, чем РуБисКО. Кроме того, он не вступает в реакцию с кислородом. Транспорт CO₂ с помощью органической кислоты в более глубоколежащие клетки, к которым затруднен приток кислорода, приводит к тому, что концентрация углекислого газа здесь увеличивается, и РуБисКО почти не расходуется на связывание молекулярного кислорода.

Темновая фаза фотосинтеза – кратко и понятно о процессе (10 класс, биология)

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 457.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 457.

Процесс фотосинтеза завершается реакциями темновой фазы, в ходе которых образуются углеводы. Для осуществления этих реакций используется энергия и вещества, запасенные в ходе световой фазы: за открытие данного цикла реакций в 1961 году была присуждена Нобелевская премия. Постараемся рассказать кратко и понятно про темновую фазу фотосинтеза.

Материал подготовлен совместно с учителем высшей категории Щербань Ларисой Степановной.

Опыт работы учителем биологии — более 19 лет.

Локализация и условия

Реакции темновой фазы проходят в строме (матриксе) хлоропластов. Они не зависят от наличия света, т. к. необходимая для них энергия уже запасена в форме АТФ.

Для синтеза углеводов используется водород, полученный при фотолизе воды и связанный в молекулах НАДФН₂. Также необходимо наличие сахаров, к которым будет присоединяться атом углерода из молекулы СО₂.

Источником сахаров для прорастающих растений является эндосперм – запасные вещества, которые находятся в семени и получены от родительского растения.

Изучение

Совокупность химических реакций темновой фазы фотосинтеза, ведущую к образованию глюкозы, открыл со своими сотрудниками М.

Кальвин.

Рис. 1. Мелвин Кальвин в лаборатории.

Первым этапом фазы является получение соединений с тремя атомами углерода.

Для некоторых растений первым этапом будет образование органических кислот с 4 атомами углерода. Этот путь был открыт австралийскими учёными М. Хетчем и С. Слэком и называется С₄ – фотосинтезом.

Итогом С₄ – фотосинтеза также является глюкоза и другие сахара.

Связывание СО₂

За счёт энергии АТФ, полученной в световой фазе, в строме активируются молекулы рибулозофосфата. Он превращается в высокореакционное соединение рибулозодифосфат (РДФ), имеющее 5 атомов углерода.

Рис. 2. Схема присоединение СО₂ к РДФ.

Образуются две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК), имеющей три углеродных атома. На следующем этапе ФГК реагирует с АТФ и образует дифосфоглицериновую кислоту. ДиФГК взаимодействует с НАДФН₂ и восстанавливается до фосфоглицеринового альдегида (ФГА).

Все реакции происходят только под воздействием строго специфичных ферментов.

ФГА образует фосфодиоксиацетон.

Образование гексозы

На следующем этапе путём конденсации ФГА и фосфодиоксиацетона образуется фруктозодифосфат, который содержит 6 атомов углерода и является исходным материалом для образования сахарозы и полисахаридов.

Рис. 3. Схема темновой фазы фотосинтеза.

Фруктозодифосфат может взаимодействовать с ФГА и другими продуктами темновой фазы, давая начало цепям 4-, 5-, 6-, 7-углеродных сахаров. Одним из устойчивых продуктов фотосинтеза является рибулозофосфат, который снова включается в цикл реакций, взаимодействуя с АТФ. Чтобы получить молекулу глюкозы проходит 6 циклов реакций темновой фазы.

Углеводы являются основным продуктом фотосинтеза, но также из промежуточных продуктов цикла Кальвина образуются аминокислоты, жирные кислоты, гликолипиды.

Таким образом, в организме растения многие функции зависят от того, что происходит в темновой фазе фотосинтеза. Вещества, полученные в этой фазе, используются в биосинтезе белков, жиров, клеточном дыхании и других внутриклеточных процессах.

Что мы узнали?

Изучая в 10 классе фотосинтез, мы разобрались какие процессы происходят в обеих его фазах. Темновая фаза характеризуется следующими признаками: образование органических веществ, превращение АТФ в АДФ и высвобождение энергии, поглощение углекислого газа. Ключевое значение в цикле Кальвина имеют: рибулозодифосфат, как акцептор СО₂, фруктозодифосфат, как первый шестиатомный углевод, включающий связанный атом углерода СО₂.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Светлана Соколова
10/10
Галя Дорофеева
10/10

Оценка доклада

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 457.

А какая ваша оценка?

Световые и темные реакции в фотосинтезе

Автор: Кэти З.

Фотосинтез — это процесс, посредством которого зеленые растения поглощают световую энергию солнца с помощью воды и углекислого газа и преобразуют ее в химическую энергию для производства (синтеза) углеводов (в частности, глюкозы) и кислород. Фотосинтез можно описать следующей формулой:

6CO ₂ + 6H ₂ O + солнечный свет (энергия света) → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Если вам нужен более подробный обзор, прежде чем читать дальше, ознакомьтесь с нашим уроком о фотосинтезе.

«Независимые от света» или темновые реакции происходят в строме хлоропластов. Это также известно как цикл Кальвина . Поскольку эти процессы могут происходить только в хлоропластах (наполненных хлорофиллом пластидах зеленых растений), фотосинтез может происходить только в зеленых растениях!

Первый общий принцип фотосинтеза заключается в том, что световая энергия солнца преобразуется в химическую энергию и сохраняется в связях глюкозы (сахарного углевода) для последующего использования растением и/или организмом, поедающим растение.

Второй общий принцип фотосинтеза заключается в том, что атомы углерода, кислорода и водорода берутся из молекул углекислого газа и воды, расщепляются и перестраиваются в новые вещества: углеводы (в частности, глюкозу) и газообразный кислород (чтобы мы могли дышать, вот так !). Эта реакция представляет собой перенос вещества: углекислого газа из атмосферы, воды из почвы или атмосферы в сахар в растении и кислорода обратно в атмосферу.

Светозависимые реакции

Первая часть процесса происходит в тилакоидах хлоропластов и представляет собой «светозависимые» реакции: фотосистемы I и II поглощают фотоны солнечного света и обрабатывают их через мембраны тилакоидов одновременно. Фотоны возбуждают электроны в хлорофилле, которые затем перемещаются по цепи переноса электронов и вызывают соединение НАДФ- с Н+ с образованием НАДФН. В то же время АДФ (аденозиндифосфат) происходит из темновой реакции, а третья фосфатная цепь связывается с образованием АТФ (аденозинтрифосфата), чтобы затем питать цикл Кальвина. Помните, что АТФ является важным источником всей клеточной энергии.

Теперь мы полагаем, что весь кислород, высвобождаемый при фотосинтезе, поступает из молекул воды, а все атомы кислорода, образующие углеводы, происходят из молекул углекислого газа. То есть, другими словами, в ходе светозависимой реакции молекула воды расщепляется с образованием двух ионов Н+ и половины молекулы кислорода. Мы получаем остальную часть молекулы кислорода, когда расщепляется другая молекула воды.

Темновые реакции

Темновые реакции также известны как цикл Кальвина, цикл Кальвина-Бенсона и светонезависимые реакции. Дело в том, что они делают , а не требуют солнечного света для завершения своего процесса.

После образования АТФ на первом этапе фотосинтеза, для того чтобы живые существа могли расти, воспроизводиться и восстанавливаться, неорганическая форма CO ₂ должна быть преобразована в углеводы. Это происходит во время цикла Кальвина в строме (внутренняя часть хлоропласта, заполненная жидкостью). АТФ и НАДФН в сочетании с CO ₂ и водой образуют конечный продукт — глюкозу. АДФ и НАДФН+ возвращаются на светозависимую сторону, чтобы начать процесс заново.

Помните, что в темное время суток растения не могут осуществлять фотосинтез, поэтому они осуществляют клеточное дыхание в митохондриях, как и все живые организмы.

Словарь

хлорофилл: зеленый пигмент в растении, который может улавливать фотоны
хлоропласт: пластид, содержащий хлорофилл
пластида: органелла в клетке
rubisco: важный фермент для связывания CO _{2 9от 0010 до 5-углеродного сахара}
устьица: маленькие поры в листе растения
строма: заполненная жидкостью внутренняя часть хлоропласта
тилакоид: маленький мешочек в хлоропласте, который складывается, как монеты

Ссылки

Гриффин, Роберт Д. Биологическая раскраска . 1988. Харпер Ресурс. Нью-Йорк.
Крац, Рене Фестер. Молекулярная и клеточная биология для чайников . 2009. Джон Уайли и сыновья. Хобокен.

Темновая реакция фотосинтеза происходит в A.StromaB.GranaC.CytoplasmD.Ничего из вышеперечисленного . В этой реакции неорганическая форма углерода превращается в органическую форму в органеллах, известных как хлоропласты.

Полный пошаговый ответ:
Фотосинтез происходит в два основных этапа.
— Световая реакция и темновая реакция. В ходе световой реакции образуется
АТФ и НАДФН. Который используется для фиксации углерода в темноте реакции. В строме хлоропласта происходит фиксация углерода во время темновой реакции, которая является независимым от света процессом.
Световые реакции фотосинтеза происходят в тилакоидных гранах, присутствующих в хлоропластах.
— Темновая реакция также известна как цикл Кальвина или световые независимые реакции.
Темновые реакции фотосинтеза — это химические реакции, в результате которых углекислый газ и другие соединения превращаются в глюкозу. Эти реакции происходят в строме. Строма представляет собой заполненную жидкостью область хлоропласта за пределами тилакоидной мембраны. Эти реакции берут продукты светозависимой реакции АТФ и НАДФН и осуществляют над ними дальнейшие химические процессы.
Цикл Кальвина использует восстанавливающую способность АТФ и НАДФН световой реакции для производства сахара, который используют растения. Прямой реакции превращения углерода в сахар не существует, но есть ряд реакций, которые называются циклом Кальвина.
Строение хлоропластов-

Следовательно, вариант А правильный.

Примечание:
Цикл Кальвина состоит из трех стадий: фиксация углерода, реакция восстановления, регенерация рибулозо-1,5-бисфосфата.
Для производства одной молекулы глюкозы требуется шесть оборотов цикла Кальвина.

Дата последнего обновления: 22 апреля 2023

•

Всего просмотров: 282k

•

Просмотров сегодня: 6.50k

Недавно обновленных страниц 900 07

Большинство эубактериальных антибиотиков получают из биологии Rhizobium класса 12 NEET_UG

Саламиновые биоинсектициды были извлечены из биологии класса А 12 NEET_UG

Какое из следующих утверждений относительно бакуловирусов класса 12 биологии NEET_UG

Канализационные или городские канализационные трубы не должны быть непосредственно отведены под биологический класс 12 NEET_UG

Очистка сточных вод осуществляется микробами A.