Условия протекания световой фазы фотосинтеза: Таблица:Параметры для сравнения    | Световая фаза | Темновая

Таблица:Параметры для сравнения    | Световая фаза | Темновая

яке значення має кутикула червів? помогти пожалуйста ❤️

Дятлообразные представитель. Курообразные представитель. Гусеобразные представитель. Воробьинообразные представитель. Аистообразные представитель. Стр … ижеобразные представитель. кукушкообразные представитель. 1) серый гусь, 2) домовой воробей, 3) обыкновенная горлица, 4) лебедь кликун, 5) серая ворона, 6) серая цапля, 7) большой пестрый дятел, 8) белопоясничный стриж, 9) рябчик обыкновенный, 10) малый лебедь, 11) обыкновенная кукушка, 12) сизый голубь, 13) глухарь каменный, 14) черный коршун, 15) серый журавль, 16)гриф-бородач, 17) чернозобая казарка, 18) деревенская ласточка, 19) степной орел, 20) белый а ист.

НАРООД, ЩО ТУТ БУДЕЕ?

ЛашайникисвоеобраІ. Айникишайника2. е какое хората какуюа он ееасуere areособое место в природе.на организмов, котораяпереплетаоцимисягрибницы, между … котораяводоросли (рис. 36).положены одноклеточныеpoem aoil е растворенными в ней минеральными вечелание — единыil организм, в котором гриб снабжаеорганизму. Это явление называется симбиоз (от греч. симбиозиса водоросли в процессе фотосинтеза образуют органическиева, необходимые грибу. Таким образом, между грибомми существует тесная связь, полезная как одному, так иТишайник впитывает влагу всей поверхностью тела,поселяться на голых скалах и крышах домов, на стволахобразом влагу дождей, росы и туманов. Это позволяет лишаев,везде, где есть свет. Без света невозможенсинтез в клетках водорослевнешнему виду и окраске, еЛишайники разнообразиекипные лишайники (рис.чают кустистые, листоватыеСлоевище кустистых лишайдействительно напоминаетветвях деревьев и свисаюттик. Одни из них поселялакак борода, другие растутверхности почвы. Пласовместная жизнь).и в пустыняхшайник погибаетКлетки водорослиP2. ВслоевищеПОМОГИТЕ ПЛАН ТЕКСТА​

Лишайникишайники- слоевите.своеобразнадоело односособое место в природе. Тета организмов, котораяпереплетающимисяSergy efierre Aero, corres se men er, … a partгрибница, между коитораводоросли (рис. 36).о токены одноклеточныеaretters — errill организм, в котором грб снаблеnрастворените в не минеральными пееа водора е родессе фотосинтеза образуют органические угааopramar. Это явление раrеnется симбиоз (от греч. симбораa. mediaмые грибу. Таким образом, между грибоми суетует лесно связьпотезная как одному, так иarrain ватывает влагу всей поверхностью тела, алеобразом влагу дождей, росы и туманов. Это позволяет лишайселся та голых селах и крышах домов, на стволах усинтез в клетках водорослей- веде, где есть свет. Без света невозможенЛишайники разнообразничают кустистые, листоветые икниные лишайники (рис.Слоевище кустистых лишайнихдействительно напоминаетТик. Одни из них поселяктекак борода, другие растут наверхности почвы. Пластинча,несколько приподнято над послоевите листоватыхностью прикрепления и поховаглядят как тонкая пластинки, улист. Накипные лишайники,но прирастающая к поверхніприкрепления. Это самыехотливые и широко распросту,шайники е претнахКлетки водоросливнешнему виду иаЕ.Рис. 37. Лишайники, кустистые (а), пистоватые (6) и наклоневетвях деревьев исвисают2.листонакитКакое строение имеют лишайники?ЛишайВ чем заключается явление симбиоза?кустиГде встречаются лишайники?1. Составьте план параграфаСимс2. Изучите лишайники вашей местности Опредепите, какие формы лишайников здесь встречаетсяСделайте их рисунки и описания3. Сделайте вывод о чистоте воздуха в вашей мест-,ности,Грибница гробанённые виды.подУМАЙТЕ! Почему лишайники называют потельного покрова?Ви 36 Схема строения лишайникаСОСТАВЬТЕ ПЛАН ТЕКСТА ПОМОГИТЕЕ!!!!​

Ответьте очень нужно

Чья шишка???????????)скажите пожалуйста

Повідомлення на тему. «Біологічна роль кисню»​Хімія

Объясните, как сон влияет на здоровье организма? Не менее 3х предложений 2балла1234​

Чому для життєдіяльності озерної жаби загрожує пересихання її шкіри ​

Фотосинтез — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Фотосинтез — важнейший процесс, лежащий в основе возникновения и существования подавляющего большинства организмов на Земле.

Фотосинтез — это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (CO2) и воды (h3O) с использованием энергии света.

Хлоропласты в клетках растений и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зелёный пигмент — хлорофилл. Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни.

Пример:

этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет её. Электроны не падают обратно, а подхватываются молекулами переносчика электронов НАДФ+  (никотинамидадениндинуклеотидфосфата). При этом их энергия частично расходуется на образование АТФ.

Процесс фотосинтеза включает две последовательные фазы: световую и темновую.

Световая фаза

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощённая хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Она осуществляется на свету, в мембранах гран тилакоидов, при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.

Световая фаза фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды. 
 

На фотосинтетических мембранах гран хлоропластов происходят следующие процессы:

• возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
• восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до НАДФ·Н2;
• фотолиз воды, происходящий при участии квантов света:

          2h3O→4H++4e−+O2.

  

Результатами световых реакций являются:

• фотолиз воды с образованием свободного кислорода;
• синтез АТФ;
• восстановление НАДФ+ до НАДФ·Н.

 

Обрати внимание!

В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в НАДФ·Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.

Синтез АТФ из АДФ за счёт энергии света — очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в \(30\) раз (!) больше АТФ, чем в митохондриях.

 

Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза. Дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.

Темновая фаза

Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают независимо от света.

Темновая фаза — процесс преобразования CO2 в глюкозу с использованием энергии, запасённой в молекулах АТФ и НАДФ·Н.

Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, куда из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ·Н и АТФ, накопленные в реакциях световой фазы фотосинтеза.

Источник углерода (CO2) растение получает из воздуха через устьица.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина по имени его открывателя.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал.

 

Помимо молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

 

Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза представлены в таблице.

 

Значение фотосинтеза

1. В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов.

 

2. Фотосинтез обеспечивает постоянство уровня CO2 и O2 в атмосфере.

 

3. Фотосинтез обеспечивает образование органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ.

 

4. В верхних слоях воздушной оболочки Земли из кислорода образуется озон O3, из которого формируется защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от опасного для жизни воздействия ультрафиолетового излучения.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

Иллюстрации:

http://sdo.irgups.ru/moodle/mod/resource/view.php?id=5689

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: C

3-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 C

3-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 CO₂, 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. Хемосинтез – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Темновая фаза фотосинтеза – это совокупность светонезависимых процессов восстановления углекислого газа с образованием стабильных продуктов ассимиляции, преимущественно углеводов. Без освещения солнечным или искусственным светом, в спектре которого есть красные и синие лучи, синтез АТФ и НАДФ-Н в клетке растения не происходит. Однако, когда в растительной клетке уже накопились молекулы АТФ и НАДФ-Н, синтез глюкозы может происходить и в темноте, без участия света. Для этих биохимических реакций освещение не нужно, поскольку они уже обеспечены энергией света, запасенной в биологических «аккумуляторах». Эту стадию фотосинтеза называют темновой фазой. Следовательно, в строме происходят реакции темновой фазы фотосинтеза, тесно связанные со световой фазой, которая развертывается в тилакоидах.

Реакции протекают за счет продуктов световой фазы фотосинтеза – восстановителя НАДФ • Н+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и богатого энергией вещества АТФ (аденозинтрифосфат). Путь углерода в фотосинтезе от СО\(_2\) до углеводов представляет собой обращенный пентозофосфатный цикл (открыт Кальвином и назван его именем). Система реакций, составляющая цикл Кальвина, протекает в матриксе хлоропластов. Глюкоза образуется при восстановлении углекислого газа СО₂ с участием протонов воды и НАДФ•Н.

В молекуле углекислого газа содержится один атом углерода, а в молекуле глюкозы их шесть (C₆H₁₂O₆). Углекислота, проникающая в лист из воздуха, вначале присоединяется к органическому веществу, состоящему из пяти углеродных атомов. При этом образуется очень непрочное шестиуглеродное соединение, которое быстро расщепляется на две трехуглеродные молекулы. В результате ряда реакций из двух трехуглеродных молекул образуется одна шестиуглеродная молекула глюкозы. Этот процесс включает ряд последовательных ферментативных реакций с использованием энергии, заключенной в АТФ. Молекулы НАДФ•Н поставляют ионы водорода, необходимые для восстановления углекислого газа. Для синтеза одной молекулы глюкозы (С₆Н₁₂O₆) необходимо 6 молекул СО₂, 18 молекул АТФ и 24 протона.

Таким образом, в темновой фазе фотосинтеза в результате ряда ферментативных реакций происходит восстановление углекислого газа водородом воды до глюкозы. Реакции световой и темновой фаз тесно взаимосвязаны: протоны молекул НАДФ•Н и энергия молекул АТФ, образовавшихся в световую фазу, используются в темновой фазе.

Но не только растения образуют органические вещества из неорганических. Существуют бактерии, которые, как и растения, автотрофы. Углерод эти бактерии получают также из углекислого газа, поступающего в клетки из окружающей среды. Однако в качестве источника энергии они используют не энергию солнечного света, а энергию протекающих в их клетках химических реакций окисления различных неорганических соединений. Такой способ получения энергии и образования органических веществ называют хемосинтезом. Хемосинтез был открыт в конце прошлого века С.Н. Виноградским. Этот процесс происходит в клетках серобактерий, железобактерий, нитрифицирующих бактерий и др.

Серобактерии – обитатели сернистых источников. В результате ряда реакций в клетках серобактерий накапливается сера, которая является энергетическим веществом. Сера образуется в результате окисления сероводорода. Когда энергии не хватает, сера окисляется с образованием серной кислоты: H₂S ® S ® H₂SO₄. Энергия, освобождающаяся при окислении серы, используется для синтеза АТФ.

Железобактерии окисляют закисные соли железа до окисных: Fе²⁺ ® Fe³⁺ + энергия. Считают, что этим бактериям принадлежит важная роль в образовании некоторых месторождений железа.

Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота: NH₃ ® HNO₂ ®HNO₃ + энергия. Благодаря этим бактериям в почве образуются соли азотной кислоты, которые легко усваиваются растениями и используются ими для синтеза аминокислот и азотистых оснований.

Биология| Фотосинтез: световая и темновая фаза

Жизнь на Земле возможна благодаря световой, главным образом, солнечной энергии. Эта энергия преобразуется в энергию химических связей органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза. 

Фотосинтезом обладают все растения и некоторые прокариоты (фотосинтезирующие бактерии и сине зелёные водоросли). Такие организмы называются фототрофами. Энергию для фотосинтеза даёт свет, который улавливается особыми молекулами –фотосинтетическими пигментами. Поскольку при этом поглощается свет лишь определённой длины волны, часть световых волн не поглощается, а отражается. В зависимости от спектрального состава отражённого света пигменты приобретают окраску – зелёную, жёлтую, красную и др.

Различают три типа фотосинтетических пигментов – хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.       Наиболее важным пигментом является хлорофилл. Основой является плоское порфириновое ядро, образованное четырьмя пиррольными кольцами, соединёнными между собой метиловыми мостиками, с атомом магния в центре. Имеются различные хлорофиллы типа- а. У высших растений, зелёных и эвгленовых водорослей имеется хлорофилл-В, который образуется из хлорофилла — А. Бурые и диатомовые водоросли вместо хлорофилла-в  содержат хлорофилл-С, а красные водоросли – хлорофилл-Д. Другую группу пигментов образуют каротиноиды, имеющие окраску от жёлтой до красной. Они содержатся во всех окрашенных пластидах (хлоропластах, хромопластах) растений. Причём в зелёных частях растений хлорофилл маскирует каротиноиды, делая их незаметными до наступления холодов. Осенью зелёные пигменты разрушаются и каротиноиды становятся хорошо заметными. Каротиноиды синтезируют фототрофные бактерии и грибы. Фикобилины присутствуют у красных водорослей и цианобактерий.

Световая стадия фотосинтеза

Хлорофиллы и другие пигменты в хлоропластах образуют специфические светособирающие комплексы. Путём электромагнитного резонанса они передают собранную энергию на особые молекулы хлорофилла. Эти молекулы под действием энергии возбуждения отдают электроны молекулам других веществ – переносчикам, а затем отнимают электроны у белков и далее, от воды. Расщепление воды в процессе фотосинтеза называется фотолизом. Это происходит в полостях тилакоидов. Протоны через специальные каналы проходят в строму. При этом выделяется энергия, необходимая для синтеза АТФ:

                       2Н₂О   =  4е  +  4Н⁺  +  О₂

                       АДФ  +  Ф  =  АТФ

Участие энергии света здесь является обязательным условием, поэтому данную стадию называют световой стадией. Кислород, образующийся как побочный продукт выводится наружу и используется клеткой для дыхания.

Темновая стадия фотосинтеза

Следующие реакции протекают в строме хлоропласта. Из углекислого газа и воды происходит образование моносахаридов. Сам по себе данный процесс противоречит законам термодинамики, но поскольку при этом участвуют молекулы АТФ, то  за счёт этой энергии синтез глюкозы является реальным процессом. Позже, из её молекул создаются полисахариды – целлюлоза, крахмал и другие сложные органические молекулы. Суммарное уравнение фотосинтеза можно представить в следующем виде:

                         6СО₂  +  6Н₂О  =  С₆Н₁₂О₆  +  6О₂

Особенно много крахмала откладывается в хлоропластах днём при интенсивном течении фотосинтетических процессов, ночью же крахмал расщепляется до растворимых форм и используется растением.

Хотите более подробно разобраться в этой или другой теме по биологии? Записывайтесь на онлайн-уроки к автору этой статьи Владимиру Смирнову.

Статья является выдержкой из труда Владимира Смирнова «Генезис», любое копирование и использование материала обязательно с указанием авторства.

Также предлагаем посмотреть видеоурок о фотосинтезе от нашего ботаника Ирины:

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Фотосинтез примеры. В каких условиях протекает процесс фотосинтеза? Орхидея Dendrobium speciosum, раскрывающая цветы только ночью

Как понятно из названия, фотосинтез по своей сути являет собой природный синтез органических веществ, превращая СО2 из атмосферы и воду в глюкозу и свободный кислород.

При этом необходимо наличие энергии солнечного света.

Химическое уравнение процесса фотосинтеза в общем можно представить в следующем виде:

Фотосинтез имеет две фазы: темную и световую. Химические реакции темной фазы фотосинтеза существенно отличаются от реакций световой фазы, однако темная и световая фаза фотосинтеза зависят друг от друга.

Световая фаза может происходить в листьях растений исключительно при солнечном свете. Для темной же необходимо наличие углекислого газа, именно поэтому растение все время должно поглощать его из атмосферы. Все сравнительные характеристики темной и световой фаз фотосинтеза будут предоставлены ниже. Для этого была создана сравнительная таблица «Фазы фотосинтеза».

Световая фаза фотосинтеза

Основные процессы в световой фазе фотосинтеза происходят в мембранах тилакоидов. В ней участвуют хлорофилл, белки-переносчики электронов, АТФ-синтетаза (фермент, ускоряющий реацию) и солнечный свет.

Далее механизм реакции можно описать так: когда солнечный свет попадает на зеленые листья растений, в их структуре возбуждаются электроны хлорофилла (заряд отрицательный), которые перейдя в активное состояние, покидают молекулу пигмента и оказываются на внешней стороне тилакоида, мембрана которого заряжена также отрицательно. В то же время молекулы хлорофилла окисляются и уже окисленные они восстанавливаются, отбирая таким образом электроны у воды, которая находится в структуре листа.

Этот процесс приводит к тому, что молекулы воды распадаются, а созданные в результате фотолиза воды ионы, отдают свои электроны и превращаются в такие радикалы ОН, которые способны проводить дальнейшие реакции. Далее эти реакционноспособные радикалы ОН объединяются, создавая полноценные молекулы воды и кислород. При этом свободный кислород выходит во внешнюю среду.

В результате всех этих реакций и превращений, мембрана тилакоида листа с одной стороны заряжается положительно (за счет иона Н+), а с другой — отрицательно (за счет электронов). Когда разность между этими зарядами в двух сторонах мембраны достигает больше 200 мВ, протоны проходят через специальные каналы фермента АТФ-синтетазы и за счет этого происходит превращение АДФ до АТФ (в результате процесса фосфорилизации). А атомный водород, который освобождается из воды, восстанавливает специфический переносчик НАДФ+ до НАДФ·Н2. Как видим, в результате световой фазы фотосинтеза происходит три основных процесса:

1. синтез АТФ;
2. создание НАДФ·Н2;
3. образование свободного кислорода.

Последний освобождается в атмосферу, а НАДФ·Н2 и АТФ берут участие в темной фазе фотосинтеза.

Темная фаза фотосинтеза

Темная и световая фазы фотосинтеза характеризуются большими затратами энергии со стороны растения, однако темная фаза протекает быстрее и требует меньше энергии. Для реакций темной фазы не нужен солнечный свет, поэтому они могут происходить и днем и ночью.

Все основные процессы этой фазы протекают в строме хлоропласта растения и являют собой своеобразную цепочку последовательных превращений углекислого газа из атмосферы. Первая реакция в такой цепи – фиксация углекислого газа. Чтобы она проходила более плавно и быстрее, природой был предусмотрен фермент РиБФ-карбоксилаза, который катализирует фиксацию СО2.

Далее происходит целый цикл реакций, завершением которого является преобразование фосфоглицериновой кислоты в глюкозу (природный сахар). Все эти реакции используют энергию АТФ и НАДФ Н2, которые были созданы в световой фазе фотосинтеза. Помимо глюкозы в результате фотосинтеза образуются также и другие вещества. Среди них разные аминокислоты, жирные кислоты, глицерин, а также нуклеотиды.

Фазы фотосинтеза: таблица сравнений

Критерии сравнения	Световая фаза	Темная фаза
Солнечный свет	Обязателен	Необязателен
Место протекание реакций	Граны хлоропласта	Строма хлоропласта
Зависимость от источника энергии	Зависит от солнечного света	Зависит от АТФ и НАДФ Н2, образованных в световой фазе и от количества СО2 из атмосферы
Исходные вещества	Хлорофилл, белки-переносчики электронов, АТФ-синтетаза	Углекислый газ
Суть фазы и что образуется	Выделяется свободный О2, образуется АТФ и НАДФ Н2	Образование природного сахара (глюкозы) и поглощение СО2 из атмосферы

Фотосинтез — видео

27-Фев-2014 | Один Комментарий | Лолита Окольнова

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO 2 служат реакции окисления неорганических соединений

Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу , относят к .

К автотрофам традиционно относят и некоторые .

Кратко мы говорили о в ходе рассматрения строения растительной клетки, давайте разберем весь процесс поподробнее.. .

Суть фотосинтеза

(суммарное уравнение)

Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза — хлорофилл . Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.

На рисунке указано схематическое изображение молекулы хлорофилла, кстати, молекула очень похожа на молекулу гемоглобина…

Хлорофилл встроен в граны хлоропластов :

Световая фаза фотосинтеза:

(осуществляется на мембранах тилакойдов)

• Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние — электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
• Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре»

2Н + + 2е — + НАДФ → НАДФ·Н 2

НАДФ — это специфическое вещество, кофермент, т.е. катализатор, в данном случае — переносчик водорода.

• синтезируется (энергия)

Темновая фаза фотосинтеза

(протекает в стромах хлоропластов)

собственно синтез глюкозы

происходит цикл реакций, в которых образуется С 6 H 12 O 6 . В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н 2 , образованных в световую фазу; rроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды

Обратите внимание: темновой эта фаза называется не потому что идет ночью — синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия.

“Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.

К.А.Тимирязев.

В результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода в год. Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов. Хотя зеленый лист использует лишь 1-2% падающего на него света, создаваемые растением органические вещества и кислород в целом .

Хемосинтез

Хемосинтез осуществляется за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.

Соответственно веществам, включенным в метаболизм бактерий, существуют:

• серобактерии — микроорганизмы водоемов, содержащих H 2 S — источники с очень характерным запахом,
• железобактерии,
• нитрифицирующие бактерии — окисляют аммиак и азотистую кислоту,
• азотфиксирующие бактерии — обогащают почвы, чрезвычайно повышают урожайность,
• водородокисляющие бактерии

Но суть остается та же — это тоже

Фотосинтез – это совокупность процессов синтеза органических соединений из неорганических благодаря преобразованию световой энергии в энергию химических связей. К фототрофным организмам принадлежат зеленые растения, некоторые прокариоты – цианобактерии, пурпурные и зеленые серобактерии, растительные жгутиковые.

Исследования процесса фотосинтеза начались во второй половине XVIII века. Важное открытие сделал выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев, который обосновал учение о космической роли зеленых растений. Растения поглощают солнечные лучи и превращают световую энергию в энергию химических связей синтезированных ими органических соединений. Тем самым они обеспечивают сохранение и развитие жизни на Земле. Ученый также теоретически обосновал и экспериментально доказал роль хлорофилла в поглощении света в процессе фотосинтеза.

Хлорофиллы являются основными из фотосинтезирующих пигментов. По структуре они похожи на гем гемоглобина, но вместо железа содержат магний. Содержание железа необходимо для обеспечения синтеза молекул хлорофилла. Существует несколько хлорофиллов, которые отличаются своим химическим строением. Обязательным для всех фототрофов является хлорофилл а . Хлорофилл b встречается у зеленых растений, хлорофилл с – у диатомовых и бурых водорослей. Хлорофилл d характерен для красных водорослей.

Зеленые и пурпурные фотосинтезирующие бактерии имеют особые бактериохлорофиллы . Фотосинтез бактерий имеет много общего с фотосинтезом растений. Отличается он тем, что у бактерий донором водорода является сероводород, а у растений – вода. У зеленых и пурпурных бактерий нет фотосистемы II. Бактериальный фотосинтез не сопровождается выделением кислорода. Суммарное уравнение бактериального фотосинтеза:

6С0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6Н 2 0.

В основе фотосинтеза лежит окислительно-восстановительный процесс. Он связан с перенесением электронов от соединений-поставщиков электронов-доноров к соединениям, которые их воспринимают – акцепторам. Световая энергия превращается в энергию синтезированных органических соединений (углеводов).

На мембранах хлоропластов есть особые структуры – реакционные центры , которые содержат хлорофилла. У зеленых растений и цианобактерий различают две фотосистемы – первую (I) и вторую (II) , которые имеют разные реакционные центры и связаны между собой через систему перенесения электронов.

Две фазы фотосинтеза

Состоит процесс фотосинтеза из двух фаз: световой и темновой.

Происходит лишь при наличии света на внутренних мембранах митохондрий в мембранах особых структур – тилакоидов . Фотосинтезирующие пигменты улавливают кванты света (фотоны). Это приводит к «возбуждению» одного из электронов молекулы хлорофилла. С помощью молекул-переносчиков электрон перемещается на внешнюю поверхность мембраны тилакоидов, приобретая определенную потенциальную энергию.

Этот электрон в фотосистеме I может возвратиться на свой энергетический уровень и восстанавливать ее. Может также передаваться НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Взаимодействуя с ионами водорода, электроны восстанавливают это соединение. Восстановленный НАДФ (НАДФ Н) поставляет водород для восстановления атмосферного С0 2 до глюкозы.

Подобные процессы происходят в фотосистеме II . Возбужденные электроны могут передаваться фотосистеме I и восстанавливать ее. Восстановление фотосистемы II происходит за счет электронов, которые поставляют молекулы воды. Молекулы воды расщепляются (фотолиз воды ) на протоны водорода и молекулярный кислород, который выделяется в атмосферу. Электроны используются для восстановления фотосистемы II. Уравнение фотолиза воды:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

При возвращении электронов из внешней поверхности мембраны тилакоидов на предыдущий энергетический уровень выделяется энергия. Она запасается в виде химических связей молекул АТФ, которые синтезируются во время реакций в обеих фотосистемах. Процесс синтеза АТФ с АДФ и фосфорной кислотой называется фотофосфорилированием . Некоторая часть энергии используется для испарения воды.

Во время световой фазы фотосинтеза образуются богатые энергией соединения: АТФ и НАДФ Н. При распаде (фотолизе) молекулы воды в атмосферу выделяется молекулярный кислород.

Реакции протекают во внутренней среде хлоропластов. Могут происходить как при наличии света, так и без него. Синтезируются органические вещества (С0 2 восстанавливается до глюкозы) с использованием энергии, которая образовалась в световой фазе.

Процесс восстановления углекислого газа является циклическим и называется циклом Кальвина . Назван в честь американского исследователя М. Кальвина, который открыл этот циклический процесс.

Начинается цикл с реакции атмосферного углекислого газа с рибулезобифосфатом. Катализирует процесс фермент карбоксилаза . Рибулезобифосфат – это пятиуглеродный сахар, соединенный с двумя остатками фосфорной кислоты. Происходит целый ряд химических преобразований, каждое из которых катализирует свой специфический фермент. Как конечный продукт фотосинтеза образуется глюкоза , а также восстанавливается рибулезобифосфат.

Суммарное уравнение процесса фотосинтеза:

6С0 2 + 6Н 2 0 → С 6 Н 12 О 6 + 60 2

Благодаря процессу фотосинтеза поглощается световая энергия Солнца и происходит преобразование ее в энергию химических связей синтезированных углеводов. По цепям питания энергия передается гетеротрофным организмам. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород. Весь атмосферный кислород имеет фотосинтетическое происхождение. Ежегодно выделяется свыше 200 млрд. тонн свободного кислорода. Кислород защищает жизнь на Земле от ультрафиолетового излучения, создавая озоновый экран атмосферы.

Процесс фотосинтеза малоэффективен, так как в синтезированное органическое вещество переводится лишь 1-2 % солнечной энергии. Связано это с тем, что растения недостаточно поглощают свет, часть его поглощается атмосферой и т. п. Большая часть солнечного света отражается от поверхности Земли назад в космос.

Вы когда-нибудь задумывались, сколько на планете живых организмов?! И ведь всем им нужно вдыхать кислород, чтобы выработать энергию и выдохнуть углекислый газ. Именно — основная причина такого явления, как духота в помещении. Она имеет место тогда, когда в нем находится много людей, а комната продолжительное время не проветривается. Кроме этого, ядовитыми веществами наполняют воздух производственные объекты, частный автомобильный и общественный транспорт.

С учетом вышесказанного возникает вполне логичный вопрос: как же мы тогда еще не задохнулись, если все живое является источником ядовитого углекислого газа? Спасителем всех живых существ в данной ситуации выступает фотосинтез. Что такое представляет собой этот процесс и в чем его необходимость?

Его результат — регулировка баланса углекислого газа и насыщение воздуха кислородом. Известен такой процесс только представителям мира флоры, то есть растениям, поскольку происходит только в их клетках.

Сам по себе фотосинтез — это чрезвычайно сложная процедура, зависящая от определенных условий и происходящий в несколько этапов.

Определение понятия

Согласно научному определению, в преобразуются в органические на клеточном уровне у автотрофных организмов за счет воздействия света солнца.

Если сказать более понятным языком, фотосинтез представляет собой процесс, при котором происходит следующее:

1. Растение насыщается влагой. Источником влаги может быть вода из грунта либо влажный тропический воздух.
2. Происходит реакция хлорофилла (специального вещества, которое содержится в растении) на воздействие солнечной энергии.
3. Образование необходимой представителям флоры пищи, которую самостоятельно добыть они не в состоянии гетеротрофным способом, а сами являются ее производителем. Иначе говоря, растения питаются тем, что сами производят. Это и есть результат фотосинтеза.

Этап первый

Практически каждое растение содержит зеленое вещество, благодаря которому оно может поглощать свет. Это вещество является не чем иным, как хлорофиллом. Его местонахождение — хлоропласты. А вот хлоропласты располагаются в стеблевой части растения и его плодах. Но особенно распространен в природе фотосинтез листа. Поскольку последний довольно прост по своей структуре и имеет относительно большую поверхность, а значит, объемы энергии, необходимой для протекания процесса-спасителя будут гораздо больше.

Когда свет поглощен хлорофиллом, последний пребывает в состоянии возбуждения и свои энергетические посылы передает другим органическим молекулам растения. Наибольшее количество такой энергии достается участникам процесса фотосинтеза.

Этап второй

Образование фотосинтеза на втором этапе не требует обязательного участия света. Он состоит в формировании химических связей с использованием ядовитого углекислого газа, образующегося из воздушных масс и воды. Также происходит синтез множества веществ, которые обеспечивают жизнедеятельность представителей флоры. Таковыми являются крахмал, глюкоза.

У растений такие органические элементы выступают источником питания для отдельных частей растения, одновременно обеспечивая нормальное протекание процессов жизнедеятельности. Такие вещества получают и представители фауны, которые употребляют растения в пищу. Человеческий же организм насыщается этими веществами через пищу, которая входит в ежедневный рацион.

Что? Где? Когда?

Чтобы органические вещества превратились в органические, нужно обеспечить соответствующие условия фотосинтеза. Для рассматриваемого процесса необходим в первую очередь свет. Речь идет и об искусственном, и о солнечном свете. На природе обычно деятельность растений характеризуется интенсивностью весной и летом, то есть тогда, когда существует необходимость в поступлении большого количества солнечной энергии. Чего не скажешь об осенней поре, когда света все меньше, день все короче. В результате листва желтеет, а потом и вовсе опадает. Но как только заблестят первые весенние лучики солнца, взойдет зеленая травка, тут же возобновят свою деятельность хлорофиллы, и начнется активная выработка кислорода и других питательных веществ, которые носят жизненно важный характер.

Условия фотосинтеза включают не только наличие освещенности. Влаги тоже должно быть достаточно. Ведь растение сперва поглощает влагу, а потом начинается реакция с участием солнечной энергии. Результатом такого процесса и являются продукты питания растений.

Только при наличии зеленого вещества происходит фотосинтез. мы уже рассказывали выше. Они выступают неким проводником между светом или солнечной энергией и самим растением, обеспечивая надлежащее протекание их жизни и деятельности. Зеленые вещества обладают способностью поглощения множества солнечных лучей.

Немалую роль играет и кислород. Чтобы процесс фотосинтеза прошел успешно, растениям нужно его много, поскольку в его составе содержится всего 0,03% углекислой кислоты. Значит, из 20 000 м 3 воздуха можно получить 6 м 3 кислоты. Именно последнее вещество — основной исходный материал для глюкозы, которая, в свою очередь, является веществом, необходимым для жизнедеятельности.

Существует две стадии фотосинтеза. Первая называется световая, вторая — темновая.

В чем механизм протекания световой стадии

Световая стадия фотосинтеза имеет еще одно название — фотохимическая. Основными участниками на этом этапе являются:

• энергия солнца;
• разнообразные пигменты.

С первой составляющей все понятно, это солнечный свет. А вот что представляют собой пигменты, знает не каждый. Они бывают зелеными, желтыми, красными или синими. К зеленым относятся хлорофиллы групп «А» и «Б», к желтым и красным/синим — фикобилины соответственно. Фотохимическую активность среди участников этой стадии процесса проявляют только хлорофиллы «А». Остальным принадлежит дополняющая роль, суть которой — сбор квантов света и их транспортировка к фотохимическому центру.

Поскольку хлорофилл наделен способностью эффективного поглощения солнечной энергии с определенной длиной волны, были идентифицированы следующие фотохимические системы:

Фотохимический центр 1 (зеленые вещества группы «А») — в состав включен пигмент 700, поглощающий световые лучи, длина которых приблизительно 700 нм. Этому пигменту принадлежит основополагающая роль в создании продуктов световой стадии фотосинтеза.

Фотохимический центр 2 (зеленые вещества группы «Б») — в состав включен пигмент 680, поглощающий световые лучи, длина которых 680 нм. Ему принадлежит роль второго плана, заключающаяся в функции восполнении электронов, утраченных фотохимическим центром 1. Достигается благодаря гидролизу жидкости.

На 350- 400 молекул пигментов, которые концентрируют в себе потоки света в фотосистеме 1 и 2 приходится только одна молекула пигмента, являющегося активным фотохимически — хлорофилла группы «А».

Что происходит?

1. Световая энергия, поглощаемая растением, оказывает воздействие на содержащийся в нем пигмент 700, который переходит из обычного состояния в состояние возбуждения. Пигмент теряет электрон, в результате чего образуется так называемая электронная дыра. Далее молекула пигмента, которая утратила электрон, может выступать в качестве его акцептора, то есть стороной, принимающей электрон, и возвращать свою форму.

2. Процесс разложения жидкости в фотохимическом центре светопоглощающего пигмента 680 фотосистемы 2. При разложении воды образуются электроны, которые изначально акцептируются таким веществом, как цитохром С550, и обозначаются буквой Q. Затем от цитохрома электроны попадают в цепь переносчиков и транспортируются в фотохимический центр 1 для восполнения электронной дыры, которая стала результатом проникновения квантов света и восстановительного процесса пигмента 700.

Бывают случаи, когда такая молекула получает обратно электрон, идентичный прежнему. Это приведет к выделению энергии света в виде тепла. Но практически всегда электрон, имеющий отрицательный заряд, соединяется со специальными железосерными белками и переносится по одной из цепей к пигменту 700 либо попадает в другую цепь переносчиков и воссоединяется с постоянным акцептором.

При первом варианте имеет место циклическая транспортировка электрона замкнутого типа, при втором — нециклическая.

Оба процесса попадают на первой стадии фотосинтеза под катализацию одной и той же цепью переносчиков электронов. Но стоит отметить, что при фотофосфорилировании циклического типа начальной и одновременно конечной точкой транспортировки является хролофилла, в то время когда нециклическая транспортировка подразумевает переход зеленого вещества группы «Б» к хлорофиллу «А».

Особенности циклической транспортировки

Фосфорилирование циклическое называется еще фотосинтетическим. В результате такого процесса образуются молекулы АТФ. В основе такой транспортировки лежит возвращение через несколько последовательных этапов электронов в возбужденном состоянии на пигмент 700, в результате чего высвобождается энергия, принимающая участие в работе фосфорилирующей ферментной системы с целью дальнейшей аккумуляции в фосфатных связях АТФ. То есть энергия не рассеивается.

Фосфорилирование циклическое представляет собой первичную реакцию фотосинтеза, в основе которой технология образования химической энергии на мембранных поверхностях тилактоидов хлоропластов благодаря использованию энергии солнечных лучей.

Без фотосинтетического фосфорилирования реакции ассимиляции в невозможны.

Нюансы транспортировки нециклического типа

Процесс заключается в восстановлении НАДФ+ и образовании НАДФ*Н. Механизм основан на передаче электрона ферредоксину, его восстановительной реакцией и последующим переходом к НАДФ+ с дальнейшим восстановлением до НАДФ*Н.

В итоге электроны, которые потеряли пигмент 700, восполняются благодаря электронам воды, которая разлагается под световыми лучами в фотосистеме 2.

Нециклический путь электронов, протекание которого также подразумевает световой фотосинтез, осуществляется посредством взаимодействия обеих фотосистем между собой, связывает их электронно-транспортные цепи. Световая энергия направляет поток электронов обратно. При транспортировке от фотохимического центра 1 к центру 2 электроны теряют часть своей энергии в связи с аккумуляцией в качестве протонного потенциала на мембранной поверхности тилактоидов.

В темновой фазе фотосинтеза процесс создания потенциала протонного типа в транспортировочной цепи электрона и его эксплуатация для образования АТФ в хлоропластах практически полностью идентичен с таким же процессом в митохондриях. Но особенности все же присутствуют. Тилактоидами в данной ситуации выступают митохондрии вывернутые на изнаночную сторону. Это и является главной причиной того, что электроны и протоны движутся через мембрану в противоположном направлении относительно течения переноса в мембране митохондриальной. Электроны транспортируются к наружной стороне, а протоны накапливаются во внутренней части матрикса тилактоидного. Последний принимает только положительный заряд, а наружная мембрана тилактоида — отрицательный. Из этого следует, что путь градиента протонного типа противоположен его пути в митохондриях.

Следующей особенностью можно назвать большой уровень рН в потенциале протонов.

Третьей особенностью является наличие в тилактоидной цепи только двух участков сопряжения и как следствие соотношение молекулы АТФ к протонам равняется 1:3.

Вывод

На первой стадии фотосинтез является взаимодействием световой энергии (искусственной и неискусственной) с растением. Реагируют на лучи зеленые вещества — хлорофиллы, большая часть которых содержится в листьях.

Образование АТФ и НАДФ*Н — результат такой реакции. Эти продукты необходимы для протекания темновых реакций. Следовательно, световая стадия — обязательный процесс, без которого не состоится вторая стадия — темновая.

Темновая стадия: суть и особенности

Темновой фотосинтез и его реакции представляют собой процедуру углекислоты в вещества органического происхождения с получением углеводов. Осуществление таких реакций происходит в строме хлоропласта и активное участие в них принимают продукты первой стадии фотосинтеза — световой.

В основе механизма темновой стадии фотосинтеза положен процесс ассимиляции (еще называется фотохимическим карбоксилированием, циклом Кальвина), который характеризуется цикличностью. Состоит из трех фаз:

1. Карбоксилирование — присоединение СО 2 .
2. Восстановительная фаза.
3. Фаза регенерации рибулозодифосфата.

Рибулофосфат — сахар с пятью атомами углерода — поддается процедуре фосфорилирования за счет АТФ, в результате чего образуется рибулозодифосфат, который далее подвергается карбоксилированию благодаря соединению с СО 2 продуктом с шестью углеродами, которые мгновенно разлагаются при взаимодействии с молекулой воды, создавая две молекулярные частицы кислоты фосфоглицериновой. Потом эта кислота проходит курс полного восстановления при осуществлении ферментативной реакции, для которой обязательно присутствие АТФ и НАДФ с образованием сахара с тремя углеродами — трехуглеродного сахара, триоза или альдегида фосфоглицеринового. Когда два таких триоза конденсируются, получается молекула гексозы, которая может стать составной частью молекулы крахмала и отлаживаться про запас.

Эта фаза завершается тем, что во время процесса фотосинтеза происходит поглощение одной молекулы СО 2 и использование трех молекул АТФ и четырех атомов Н. Гексозофосфат поддается реакциям пентозофосфатного цикла, в результате чего происходит регенерация рибулозофосфата, который может вновь воссоединиться с другой молекулой углеродной кислоты.

Реакции карбоксилирования, восстановления, регенерации нельзя назвать специфическими исключительно для клетки, в которой протекает фотосинтез. Что такое «однородное» протекание процессов, тоже не скажешь, поскольку отличие все же существует — при восстановительном процессе используется НАДФ*Н, а не НАД*Н.

Присоединение СО 2 рибулозодифосфатом подвергается катализации, которую обеспечивает рибулозодифосфаткарбоксилаза. Продуктом реакции является 3-фосфоглицерат, восстанавливающийся за счет НАДФ*Н2 и АТФ до глицеральдегид-3-фосфата. Процесс восстановления катализируется глицеральдегидом-3-фосфат-дегидрогеназом. Последний легко превращается в дигидроксиацетонфосфат. Происходит образование фруктозобисфосфата. Часть его молекул принимает участие в регенерирующем процессе рибулозодифосфата, замыкая цикл, а вторая часть эксплуатируется для создания запасов углеводов в клетках фотосинтеза, то есть имеет место фотосинтез углеводов.

Энергия света необходима для фосфорилирования и синтеза веществ органического происхождения, а энергия окисления органических веществ необходима для окислительного фосфорилирования. Именно поэтому растительность обеспечивает жизнь животным и иным организмам, которые относятся к гетеротрофным.

Фотосинтез в клетке растений происходит именно таким образом. Его продуктом являются углеводы, необходимые для создания углеродных скелетов множества веществ представителей мира флоры, которые имеют органическое происхождение.

Вещества азоторганического типа усваиваются в фотосинтезирующих организмах за счет восстановления нитратов неорганических, а сера — за счет восстановления сульфатов до сульфгидрильных групп аминокислот. Обеспечивает образование белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов, кофакторов именно фотосинтез. Что такое «ассорти» веществ жизненно важно для растений, уже подчеркивалось, а вот о продуктах вторичного синтеза, которые являются ценными лекарственными веществами (флавоноиды, алкалоиды, терпены, полифенолы, стероиды, оргкислоты и другие), не было сказано ни слова. Следовательно, без преувеличения можно сказать, что фотосинтез — залог жизни растений, животных и людей.

Объяснение такого объемного материала, каким является фотосинтез, лучше проводить на двух спаренных уроках – тогда не теряется целостность восприятия темы. Урок необходимо начать с истории изучения фотосинтеза, строения хлоропластов и проведения лабораторной работы по изучению хлоропластов листа. После этого необходимо перейти к изучению световой и темновой фаз фотосинтеза. При объяснении реакций, происходящих в этих фазах, необходимо составить общую схему:

По ходу объяснения надо нарисовать схему световой фазы фотосинтеза .

1. Поглощение кванта света молекулой хлорофилла, которая находится в мембранах тилакоидов гран, приводит к потере ею одного электрона и переводит ее в возбужденное состояние. Электроны переносятся по электронтранспортной цепи, что приводит к восстановлению НАДФ + до НАДФ Н.

2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны молекул воды – так вода под действием света подвергается разложению (фотолизу). Образовавшиеся гидроксилы ОН– становятся радикалами и объединяются в реакции 4 ОН – → 2 H 2 O +O 2 , приводящей к выделению в атмосферу свободного кислорода.

3. Ионы водорода Н+ не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, заряжая его положительно, что приводит к увеличению разности электрических потенциалов (РЭП) на мембране тилакоида.

4. При достижении критической РЭП протоны устремляются по протонному каналу наружу. Этот поток положительно заряженных частиц используется для получения химической энергии с помощью специального ферментного комплекса. Образовавшиеся в результате молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода.

5. Ионы водорода, вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление переносчика НАДФ + .

Спонсор публикации статьи группа компаний «Арис». Производство, продажа и аренда строительных лесов (рамные фасадные ЛРСП, рамные высотные А-48 и др.) и вышек-тур (ПСРВ «Арис», ПСРВ «Арис компакт» и «Арис-дачная», помосты). Хомуты для строительных лесов, строительные ограждения, колесные опоры для вышек. Узнать подробнее о компании, посмотреть каталог продукции и цены, контакты Вы сможете на сайте, который располагается по адресу: http://www.scaffolder.ru/.

После рассмотрения данного вопроса, проанализировав его еще раз по составленной схеме, предлагаем учащимся заполнить таблицу.

Таблица. Реакции световой и темновой фаз фотосинтеза

После заполнения первой части таблицы можно перейти к разбору темновой фазы фотосинтеза .

В строме хлоропласта постоянно присутствуют пентозы – углеводы, представляющие собой пятиуглеродные соединения, которые образуются в цикле Кальвина (цикл фиксации углекислого газа).

1. К пентозе присоединяется углекислый газ, образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое распадается на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

2. Молекулы ФГК принимают от АТФ по одной фосфатной группе и обогащаются энергией.

3. Каждая из ФГК присоединяет по одному атому водорода от двух переносчиков, превращаясь в триозу. Триозы, объединяясь, образуют глюкозу, а затем крахмал.

4. Молекулы триозы, объединяясь в разных сочетаниях, образуют пентозы и вновь включаются в цикл.

Суммарная реакция фотосинтеза:

Схема. Процесс фотосинтеза

Тест

1. Фотосинтез осуществляется в органеллах:

а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) хлоропласты;
г) хромопласты.

2. Пигмент хлорофилл сосредоточен в:

а) оболочке хлоропласта;
б) строме;
в) гранах.

3. Хлорофилл поглощает свет в области спектра:

а) красной;
б) зеленой;
в) фиолетовой;
г) во всей области.

4. Свободный кислород при фотосинтезе выделяется при расщеплении:

а) углекислого газа;
б) АТФ;
в) НАДФ;
г) воды.

5. Свободный кислород образуется в:

а) темновой фазе;
б) световой фазе.

6. В световой фазе фотосинтеза АТФ:

а) синтезируется;
б) расщепляется.

7. В хлоропласте первичный углевод образуется в:

а) световой фазе;
б) темновой фазе.

8. НАДФ в хлоропласте необходим:

1) как ловушка для электронов;
2) в качестве фермента для образования крахмала;
3) как составная часть мембраны хлоропласта;
4) в качестве фермента для фотолиза воды.

9. Фотолиз воды – это:

1) накопление воды под действием света;
2) диссоциация воды на ионы под действием света;
3) выделение водяных паров через устьица;
4) нагнетание воды в листья под действием света.

10. Под воздействием квантов света:

1) хлорофилл превращается в НАДФ;
2) электрон покидает молекулу хлорофилла;
3) хлоропласт увеличивается в объеме;
4) хлорофилл превращается в АТФ.

ЛИТЕРАТУРА

Богданова Т.П., Солодова Е.А. Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: ООО «АСТ-Пресс школа», 2007.

Биолого-почвенный факультет

Вопросы для самоподготовки по дисциплине Б1.Б.17 Физиология растений

Тема 1. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Физиология растений, 4 типа превращения: превращение вещества, энергии, информации, формы; лабораторный, вегетационный, полевой методы исследования; основные компоненты типичной растительной клетки, функции отдельных компартментов. Клеточная стенка, структурный компонент, матрикс, инкрустирующий и адкрустирующий компоненты и их функции, первичная, вторичная и третичная клеточная стенка, их биогенез, эволюция клеточной стенки, вакуоли, тонопласт. Внутриклеточные системы регуляции: ферментативная, генетическая, мембранная, рецепторно-конформационный принцип. Межклеточные системы регуляции: трофическая, гормональная, электро­физиологическая, потенциал покоя, действия. Диффузия и осмос, плазмолиз и его разновидности, осмотические показатели клетки и взаимосвязь между ними.

Контрольные вопросы по теме «Физиология растительной клетки»:

1. Особенности строения растительной клетки, связанные с фотоавтотрофным типом питания.
2. Химический состав и структура клеточной стенки растительных клеток.
3. Функции клеточной стенки растительных клеток.
4. Химический состав и функции вакуолей.
5. Микротельца растительной клетки (глиоксисомы, пероксисомы, олеосомы) и их функции.
6. Перечислите физиологические системы растительного организма с указанием их основных функций.
7. Укажите, какой принцип положен в основу внутриклеточной регуляции процессов. На чём он основан?
8. Ферментативная и генетическая регуляция внутриклеточных процессов. Охарактеризуйте их суть и кратко опишите.
9. Изложите способы передачи внеклеточных сигналов в клетку.
10. Кратко опишите межклеточные системы регуляции.

Пример тестовых заданий по теме «Физиология растительной клетки»:

1.          Раздел физиологии растений, в котором изучается цикл Кальвина

а) дыхание

б) водный режим

в) минеральное питание

г) фотосинтез

д) устойчивость

2.         Основателем физиологии растений как науки считают

а) Я. Шлейдена

б) В. Полевого

в) Ж. Сенебье

г) М. Чайлахяна

д) А. Фаминицына

3.         Основоположники клеточной теории

а) Гаффрон и Вольф

б) Кальвин и Бэнсон

в) Янсон и Левенгук

г) Мальпиги и Бэр

д) Шванн и Шлейден

4. Органоид растительной клетки, с которым наружная мембрана ядра имеет непосредственную связь

а) аппарат Гольджи

б) хлоропласт

в) эндоплазматический ретикулум

г) митохондрия

д) вакуоль

5. «Завод» по строительству элементов плазмалеммы и клеточной стенки с собственным «транспортным средством»

а) эндоплазматический ретикулум

б) ядро

в) аппарат Гольджи

г) рибосома

д) диктиосома

е) центриоль

6. Протопласт-цитоплазма=

а) плазмалемма

б) органоиды

в) гиалоплазма

г) ядро

д) клеточная стенка

е) ничего

7. Какие из перечисленных структур формируют цитоскелет растительной клетки?

а) центриоли

б) микротрубочки

в) микрофиламенты

г) включения

д) клеточная стенка

е) ядро

ж) вакуоль

8. Способный к автономному делению органоид, имеющийся как у растительных, так и у грибных клеток

а) аппарат Гольджи

б) хлоропласт

в) эндоплазматический ретикулум

г) митохондрия

д) центриоль

9. Клеточный органоид, к которому относится наибольшее число терминов из списка: тонопласт, хлорофилл, матрикс, грана, одинарная мембрана, хроматин, диктиосомы, тилакоид, везикулы, нуклеоплазма, кристы, строма, двойная мембрана, микротрубочки, цикл Кальвина, ламелла

а) ядро

б) аппарат Гольджи

в) хлоропласт

г) эндоплазматический ретикулум

д) митохондрия

10. Пластиды растительной клетки, основной функцией которых является накопление запасных веществ

а) хромопласты

б) лейкопласты

в) хлоропласты

г) пропластиды

д) этиопласты

 

Тема 2. ФОТОСИНТЕЗ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Хлоропласта, тилакоиды, граны, строма, ламеллы. Фотосинтетические пигменты: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины; сопряженная система связей, π-электроны, вакантные орбитали, способы дезактивации возбужденного состояния хлорофилла. Хроматическая адаптация. Светособирающие комплексы, реакционные центры, элентрон-транспортные цепи, АТФ-синтазный комплекс, водорасщепляющий комплекс. Фотофизический, фотохимический и энзиматический этапы световой фазы. Фотосистемы: принцип работы, характеристика переносчиков, причины создания протонного градиента. Виды фотофосфорилированиящиклический, нециклический, псевдоциклический.

Темновая фаза фотосинтеза: метод меченых атомов, фиксация углекислого газа, разнообразие путей восстановления СО₂: цикл Кальвина, цикл Хэтча-Слэка, САМ-метаболизм, фотодыхание (линейное и циклическое), причины и условия фотодыхания, преимущество растений С4-типа перед растениями СЗ-типа.

Регуляция световой и темновой фаз: активность рибузодифосфат-карбоксилазы, дополнительный ССК2, геном и пластом, их взаимодействие, взаимодействие хлоропластов и цитоплазмы.

Экология фотосинтеза: спектр действия и ФАР, компенсационные пункты, ассимиляционное число, чистая и валовая продукция, продуктивность растений и пути повышения ее.

Контрольные вопросы по теме «Фотосинтез»:

1. Что такое фотосинтез? И в чём его космическая и планетарная роль?
2. Перечислите основные этапы формирования представлений о природе фотосинтеза.
3. Назовите фотосинтетические пигменты растений, какова их роль? В чём заключается явление хроматической адаптации?
4. На чём основано деление процесса фотосинтеза на световую и темновую фазы?
5. Составьте схему преобразования энергии в процессе фотосинтеза.
6. Дайте определение фотосинтетического фосфорилирования. Какие виды фотофосфорилирования Вам известны?
7. Назовите основные продукты световой фазы фотосинтеза.
8. Что такое темновая фаза фотосинтеза? Как связаны световая и темновая фазы?
9. Какие пути ассимиляции СО₂ в растениях Вам известны?

10. В чём сходство и различие ферментов рибулозодифосфаткарбоксилазы и фосфоенолпируваткарбоксилазы?

 

Пример тестовых заданий по теме «Фотосинтез»:

1. Балансовое уравнение фотосинтеза 6СО₂+6Н₂О=С₆Н₁₂О₆+6О₂ было предложено

а) Тимирязевым

б) Кальвином

в) Буссенго

г) Сенебье

д) Ингенхаузом

2. Фотосинтетический аппарат растительной клетки локализован в

а) клеточных мембранах

б) мембране хлоропластов

в) строме хлоропластов

г) мембране и строме хлоропластов

д) цитоплазме

3. Выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород отщепляется от:

а) СO₂

б) Н₂O

в) СО₂ и Н₂О

г) С₆Н₁₂O₆

4. Гипотезу о существовании двух типов фотосистем впервые высказали

а) Эмерсон и Арнольд

б) Пельтье и Каванту

в) Кальвин и Бассэм

г) Тимирязев и Фаминицын

д) Шванн и Шлейден

5. Темновые реакции фотосинтеза протекают

а) на свету

б) в темноте

в) на свету и в темноте

6. Основными продуктами световой фазы фотосинтеза являются:

а) углеводы

б) АТФ

в) углеводы и АТФ

г) углеводы, АТФ и НАДФН₂

д) АТФ и НАДФН₂

7. Первичным акцептором электронов в ФС-1 является:

а) феофитин

б) ферродоксин

в) пластоцианин

г) одна из форм хлорофилла

8. Первичным акцептором электронов в ФС-2 является

а) феофитин

б) ферродоксин

в) пластоцианин

г) одна из форм хлорофилла

9. Передача энергии светового возбуждения от ССК в РЦ фотосистем осуществляется в ходе:

а) фотохимической стадии световой фазы

б) фотохимической стадии темновой фазы

в) фотофизической стадии световой фазы

г) фотофизической стадии темновой фазы

10. Процесс биосинтеза АТФ в ходе световой фазы без участия ФС-2

а) возможен

б) невозможен

 

Тема 3. ДЫХАНИЕ

Основные понятия и термины, обязательные для обучения:

Анаболизм, катаболизм, свободная энергия, переносчики свободной энергии, субстраты дыхания, дыхательный коэффициент, аэробные, анаэробные дегидрогеназы, оксидазы, разнообразие путей дыхания, гликолиз, субстратное фосфорилирование, окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование, цианидрезистентное дыхание у растений, анаэробное дыхание, пентозофосфатный путь окисления глюкозы, глиоксилатный цикл, глюконеогенез, немитохондриальные оксидазы, оксигеназы (моно- и ди-), активные формы кислорода, супероксиддисмутаза, каталаза, энергетический выход, центральная роль цикла Кребса в клеточном метаболизме, активные метаболиты, взаимосвязь углеводного, липидного и белкового обменов, анаплеротические реакции, экология дыхания, регуляция.

Контрольные вопросы по теме «Дыхание»:

1. Охарактеризуйте значение процесса дыхания в жизнедеятельности растительного организма.
2. Какие основные пути дыхания различают? В чём их значение?
3. Составьте схему преобразования энергии в процессе аэробного дыхания.
4. В чём сходство и различие субстратного и фосфорилирования мембранного типа как двух форм окислительного фосфорилирования?
5. Перечислите, в какие метаболические пути может включаться конечный продукт гликолиза ПВК.
6. Охарактеризуйте кратко глиоксилатный путь дыхания.
7. Как связано дыхание с азотным обменом растений?
8. Из какого промежуточного продукта дыхания образуются жирные кислоты?
9. Составьте схему процессов, протекающих в растительной клетке. Для этого изобразить некую универсальную клетку, в которой происходят основные метаболические процессы как катаболические, так и анаболические, связанные между собой амфиболическим процессом – циклом Кребса. То есть в центре схемы находится цикл Кребса, которому отводится центральная роль в клеточном метаболизме.

Пример тестовых заданий по теме «Дыхание»:

1. К катаболическим (диссимиляционным) процессам относится

а) фотосинтез

б) трансляция

в) брожение

г) транскрипция

д) азотфиксация

2. Согласно современной теории биологического окисления в процессе дыхания происходит

а) присоединение кислорода к субстрату

б) передача электронов от донора к акцептору

в) передача протонов от донора к акцептору

г) передача протонов и электронов от донора к акцептору

д) высвобождение кислорода из субстрата

3. Балансовое уравнение С₆Н₁₂О₆ + 6СО₂= 6СО₂ + 6Н₂О реально протекающей при дыхании химической реакцией

а) является

б) не является

4. Процесс восстановления кислорода из воды и окисления субстрата до СО₂ в ходе внутриклеточного дыхания:

а) разделены во времени протекания

б) разделены в пространстве

в) разделены во времени и пространстве

г) объединены во времени протекания и в пространстве

5. Макроэргические связи в молекуле АТФ образованы

а) остатками фосфорной кислоты

б) аминогруппой в аденине

в) группами ОН в рибозе

г) связью аденина с рибозой

д) связью рибозы с остатками фосфорной кислоты

6. В процессе дыхания АТФ образуется в результате фосфорилирования:

а) окислительного

б) окислительного и субстратного

в) окислительного, субстратного и фотофосфорилирования

г) восстановительного

7. Основным поставщиком АТФ на восстановительный пентозофосфатный цикл (образование глюкозы) в растительной клетке является

а) дыхание

б) брожение

в) свободное окисление

г) световая фаза фотосинтеза

8. Процесс, являющийся начальной стадией как дыхания, так и брожения:

а) субстратное фосфорилирование

б) окислительное декарбоксилирование ПВК в)гликолиз

г) образование ацетил-КоА

д) образование молочной кислоты

9. Конечными акцепторами электронов и протонов при брожении являются:

а) кислород

б) вода

в) различные органические вещества

г) СO₂

д) коферменты НАД⁺ и НАДФ⁺

10. Аэробную фазу брожения составляет:

а) окислительное фосфорилирование

б) окислительное декарбоксилирование ПВК

в) гликолиз

г) гидролиз сахаров

д) ни один из перечисленных

 

Тема 4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Аномальные физико-химические свойства воды, водородные связи, поверхностное натяжение, адгезия, когезия. Свободная и связанная вода, осмотически связанная вода, коллоидно связанная вода, осмос, набухание биоколлоидов, осмотическое давление, уравнение Вант-Гоффа, тургор, сосущая сила, водный потенциал, матричный потенциал, гравитационный потенциал, осмотический потенциал, капиллярная вода, гравитационная вода, гигроскопическая вода, полевая влагоемкость, влажность завядания, мертвый запас, нижний концевой двигатель, верхний концевой двигатель, плач растений, гуттация, теория водного сцепления, кавитация, транспирация устьичная и кутикуллярная, замыкающие клетки, устьичная регуляция, показатели транспирации, пойкило- и гомойогидрические растения, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Контрольные вопросы по теме «Водный режим растений»:

1. Какова роль воды в растении?
2. Охарактеризуйте основные физические свойства воды.
3. Состояние воды в растении.
4. Какое значение имеют явление осмоса и процесс набухания биоколлоидов в поступлении воды в растение?
5. Какие особенности имеет корневая система растения в связи с поглощением воды из почвы?
6. Что является движущей силой поступления воды в растения?
7. Зависит ли поступление воды от дыхания растения?
8. Какие процессы определяют передвижение воды по растению?
9. Как регулируется процесс поступления и процесс испарения воды растением?
10. Какие типы приспособлений к недостатку влаги вы можете назвать?

Пример тестовых заданий по теме «Водный режим растений»:

1. При растворении солей количество кластеров в жидкой воде

а) уменьшается

б) увеличивается

в) не меняется

2. Соотношение скоростей поглощения и испарения воды растениями называется

а) водный режим

б) водный баланс

в) водообмен

г) водный дефицит

3. Тип связанной воды, наиболее свойственный для оболочек растительных клеток

а) коллоидно связанная

б) осмотически связанная

в) капиллярная

г) пленочная

4. Структура растительной клетки, содержащая наибольшее отношение объемов свободной воды к связанной (Vсвоб/Vсвяз):

а) цитоплазма

б) хлоропласт

в) ядро

г) вакуоль

д) клеточная стенка

5. Поступление воды в корень преимущественно осуществляется в зоне

а) корневого чехлика

б) растяжения

в) активных меристем

г) корневых волосков

д) ветвления

6. Радиальный транспорт воды в корне по апопластному пути происходит от ризодермы до:

а) эндодермы

б) паренхимы

в) перицикл

г) корневых волосков

д) сосудов ксилемы

7. Механизм восходящего тока воды у древесных растений при работе верхнего концевого двигателя объясняет теория:

а) адгезии

б) когезии

в) амнезии

г) гуттации

д) эвапорации

8. Сосущая сила клеток возрастает в системе:

а) корень-стебель-лист

б) лист-стебель-корень

в) стебель-корень-лист

9. Процесс транспирации запускает работу:

а) верхнего концевого двигателя

б) нижнего концевого двигателя

в) обоих механизмов

г) не связан с этими механизмами

10. Через раневые поверхности у лиственных деревьев в весенний период выделяется:

а) флоэмный сок

б) гутта

в) пасока

г) солод

д) вода

 

Тема 5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, необходимые для изучения:

Биогенные элементы, макро-, микро- и ультрамикроэлементы, зольные элементы, органогены, растения — аккумуляторы, отражатели, индикаторы, гуматы, цеолиты, почвенный поглощающий комплекс, контактный обмен, физико-химическая адсорбция, свободные пространства, доннановский электропотенциал, трансмембранный перенос катионов и анионов, АТФ-азы, пирофосфатазы, первичный и вторичный активный транспорт, ближний и дальний транспорт, метаболическая роль тканей корня, коэффициент распределения, синтетическая деятельность корней, аминирование и переаминирование , физиологическая роль макро- и микроэлементов, редукция нитратов, круговороты азота в растениях и в природе, химическая и биологическая азотфиксация, свободно живущие и симбиотические азотфиксаторы, нитрогеназный комплекс, леггемоглобин, бактероиды, Nod-факторы и nod-гены, клубеньки, инфекционная нить, аммонификация, нитрификация, денитрификация, круговорот серы и фосфора, минеральные удобрения, физиологически кислые, основные и нейтральные соли, простые, сложные и комплексные удобрения, микроудобрения, бактериальные удобрения, гидропоника.

Контрольные вопросы по теме «Минеральное питание растений»:

1. Что такое органогены, макро-, микро- и ультрамикроэлементы?
2. Как происходит транспорт ионов в клетку. В чём роль клеточных стенок и мембран?
3. Как происходит транспорт ионов по тканям корня в радиальном направлении?
4. В чём различие ксилемного и флоэмного транспорта?
5. Восстановление нитратов до аммиака в зелёной водоросли хлорелла значительно ускоряется под влиянием света. Каков возможный механизм этого влияния?
6. Проследите биохимические метаболические пути молекул углекислого газа в растении, начиная с атмосферы и заканчивая их появлением в той или иной аминокислоте.
7. Поясок Каспари в эндодермальных клетках может играть роль в поглощении солей ксилемой корня, а также воды в условиях положительного корневого давления. Объясните функцию пояска Каспари в отмеченных явлениях.
8. В чём заключается синтетическая деятельность корней? Приведите примеры.
9. Что такое микориза и в чём её функция?

10.В чём сходство и различие свободноживущих, симбиотических и ассоциативных азотфиксаторов?

Пример тестовых заданий по теме «Минеральное питание растений»:

1. Основоположник теории минерального питания растений:

а) Прянишников

б) Гельмонт

в) Либих

г) Аристотель

д) Пристли

е) Сакс

2. Транспорт кислорода к бактероидам при симбиотическойазотфиксации осуществляет:

а) гемоглобин

б) нитрогеназа

в) леггемоглобин

г) молибден

д) оксигеназа

е) цитохромоксидаза

3. Соединение, присутствующее в составе растительной клетки в небольшом количестве:

а) белок

б) целлюлоза

в) липиды

г) вода

д) минеральные соли

4. Важнейшие органические соединения в растениях, в состав которых не входит азот:

а) хлорофиллы

б) белки

в) АТФ

г) ПВК

д) ФЕП-карбоксилаза

е) АБК

ж) НАДФН₂

з) цитокинины

5. Вид транспорта минеральных веществ, к которому относится загрузка ксилемы и флоэмы:

а) простая диффузия

б) активный транспорт

в) облегченная диффузия

г) диффузия через ионные каналы

6. Форма взаимодействия ионов в растворе, при которой суммарный эффект воздействия на растение много больше суммы каждого эффекта?

а) антагонизм

б) синергизм

в) аддитивное действие

7. Бактерии рода нитробактер участвуют в процессе:

а) симбиотической азотфиксации

б) несимбиотической азотфиксации

в) аммонификации

г) нитрификации

д) денитрификации

8. Нитритредуктаза осуществляет катализ процесса:

а) восстановление NO₃^—

б) восстановление молекулярного азота до аммония

в) восстановление NO₂^—

г) аммонификация

д) аминирование кетокислот

е) окисление аммония до нитратов и нитритов

9. Карбоновые кислоты, участвующие в процессе первичного аминирования в ходе круговорота азота в растении:

а) яблочная

б) фумаровая

в) α-кетоглутаровая

г) изолимонная

д) аспарагиновая

е) глутаминовая

ж) ЩУК

10. Процесс азотного обмена в растениях, требующий затраты НАДФН_2:

а) редукция нитратов

б) редукция нитритов

в) первичное аминирование кетокислот

г) переаминирование

д) образование амидов

е) дезаминирование

 

Тема 6. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Определение понятия рост, развитие, генотип, фенотип, морфогенез, органогенез, эмбриональная фаза роста клетки, фаза роста растяжением, фаза дифференциации клетки, старение и смерть дифференцированной клетки, базальный, апикальный, латеральный, интеркалярный типы роста, кривая роста Сакса: лог-фаза, лаг-фаза, фаза торможения роста, критерии роста, скорость роста, влияние внешних факторов на рост, фитогормоны: ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен, жасминовая кислота, брассинстероиды, их биогенез физиологические эффекты, место синтеза, транспорт, ростовые движения: тропизмы и настии, циркадные ритмы, сезонная периодичность, глубокий и вынужденный покой растений, скарификация, стратификация, метод теплых ванн. Этапы развития растений: эмбриональный, ювенильный, зрелости и размножения, старости и отмирания как этапы программы онтогенеза, влияние внешних условий на развитие растений — фотопериодизм, яровизация, роль фитохрома, криптохрома, антезина. Детерминация пола у растений.

Контрольные вопросы по теме «Рост и развитие растений»:

1. Различие понятий «рост» и «развитие». Разделены ли эти процессы в жизни растений?
2. Охарактеризуйте эмбриональную фазу развития клетки.
3. Известно, что рост клеток растяжением – это быстрый рост. Чем он достигается? Почему он свойственен только растениям?
4. Что происходит на этапе дифференциации в онтогенезе клетки?
5. Кратко охарактеризуйте гормоны-активаторы.
6. Кратко охарактеризуйте гормоны-ингибиторы.
7. Типы роста растений. На чём основано выделение типов роста?
8. Какую адаптивную роль выполняет покой растений? Чем отличаются вынужденный и глубокий виды покоя?
9. Назовите фазы онтогенеза растений. Чем они отличаются друг от друга?
10. В чём значение фотопериодизма и яровизации?

Пример тестовых заданий по теме «Рост и развитие растений»:

1. Фаза начального медленного роста растений, связанная с процессом первичной адаптации к внешним условиям

а) лаг-фаза

б) лог-фаза

в) экспоненциальная

г) фаза замедления роста

2. Критерии роста растений:

а) увеличение площади листьев

б) увеличение длины и толщины стебля

в) дифференцировка клеток

г) прирост биомассы

д) переход к генеративной фазе

е) увеличение содержания белков в клетках

3. Критерии развития растений

а) увеличение площади листьев

б) увеличение длины и толщины стебля

в) дифференцировка клеток

г) прирост биомассы

д) переход к генеративной фазе

е) увеличение содержания белков в клетках

4. В эмбриональную фазу онтогенеза растительной клетки происходят процессы:

а) роста растяжением

б) митоза

в) подготовки к делению

г) дифференцировки

д) интенсивного увеличения объема

5. В онтогенезе животных клеток, в отличие от растительных, отсутствует фаза:

а) эмбриональная

б) дифференцировки

в) замедления роста

г) роста растяжением

д) старения и смерти

6. В процессе старения растительной клетки цитоплазма:

а) закисляется

б) защелачивается

в) нейтрализуется

г) среда не меняется

7. Термин «многосетчатый рост» характеризует особенности роста:

а) наружной мембраны ядра

б) плазмалеммы

в) клеточной стенки

г) диктиосом аппарата Гольджи

д) цитоскелета

8. Набор хромосом, образующийся в результате слияния спермия с центральной клеткой зародышевого мешка у цветковых растений:

а) диплоидный

б) триплоидный

в) тетраплоидный

г) полиплоидный

9. Рост стебля покрытосеменных растений в длину обеспечивается меристемами:

а) апикальными

б) латеральными

в) интеркалярными

г) инициальными

д) маргинальными

10. Примерами травматической регенерации у растений являются:

а) восполнение отмерших клеток корневого чехлика

б) восстановление утраченных апикальных меристем

в) замена старых элементов флоэмы новыми

г) заживление ран

д) пасынкование и пикировка

 

Тема 7. УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ

Основные понятия и термины, обязательные для изучения:

Стресс, стрессоры, фазы стрессовой реакции у растений, гормоны-ингибиторы, механизмы устойчивости на клеточном, организменном и популяционном уровнях, биологическая и агрономическая устойчивость, холодостойкость, мороустойчивость, криопротекторы, теория закаливания, зимостойкость, выпревание, вымокание, ледяная корка, выпирание, зимняя засуха. Жаростойкость растений, термофилы, тепловой шок. анатомические приспособления, биохимическая адаптация, синтез белков теплового шока, шапероны, убиквитины. Солеустойчивость, гликофиты, галофиты: эугалофиты, нриногалофиты, гликогалофиты, хлоридный, сульфатный и карбонатный типы засоления, промывка почв, гипсование. Гипоксия, аноксия, активация гликолиза, обращение дикарбоновой части цикла Кребса, нитратное и сульфатное дыхание. Газоустойчивость и газочувствительность растений, ряд токсичности газов, кислые газы. Радиоустойчивость, прямое и косвенное воздействие радиации, ионизация молекул, радиолиз воды, теория мишеней, свободные радикалы, радиочувствительные этапы клеточного цикла и онтогенеза растений, радиопротекторы репарантные системы. Устойчивость к инфекционным заболеваниям, видовая и сортовая устойчивость, патогенные вирусы, грибы, бактерии, факультативные паразиты, факультативные сапрофиты, облигатные паразиты, некротрофы, биотрофы, патогенность, вирулентность, горизонтальная и вертикальная устойчивость, конститутивные и индуцированные механизмы устойчивости, фитоалексины, лектины, элиситеры, антиэлиситеры, олигосахарины.

Контрольные вопросы по теме «Устойчивость растений»:

1. Какие механизмы стресса действуют па клеточном уровне? Расскажите о белках теплового шока?
2. Расскажите о механизмах стресса на организменном уровне. Как ведёт себя популяция во время стресса?
3. Какие приспособления имеются у растений для перенесения засухи?
4. Что такое холодостойкость и чем она обеспечивается? Какие особенности характерны для морозостойких растений?
5. Какую роль играет закаливание растений? Как оно протекает?
6. Какие растения называются галофитами? Все ли они одинаково противостоят засолению?
7. Чем определяется устойчивость растений к недостатку кислорода в среде при затоплении?
8. Что такое эксгалаты? Какие различия в токсичности установлены для газов? Охарактеризуйте механизмы устойчивости растений к загрязнению воздуха.
9. Чем опасно радиационное поражение для растений? Как определяется степень радиочувствительности растений? От чего она зависит?
10. Какую роль для растений играет реакция сверхчувствительности?
11. Что вы знаете о теории «ген на ген»?
12. Какую роль в защите растений играют фитоалексины? Какую роль в защите растений играют фитонциды и фенолы?

Пример тестовых заданий по теме «Устойчивость растений»:

1 .Укажите основной стрессовый гормон растений:

а) ауксин

б) цитокинин

в) абсцизовая кислота

г) гиббереллин

2. Что из перечисленного не относится к механизмам стресса на клеточном уровне?

а) синтез стрессовых белков

б) закисление цитоплазмы

в) активизация покоящихся органов

г) увеличение проницаемости мембран

3. Тип засоления, не встречающийся в природе:

а) хлоридный

б) карбонатный

в) нитратный

г) сульфатный

4. Назовите наиболее морозоустойчивую фазу онтогенеза:

а) прорастание

б) ювенильная

в) фаза цветения

г) семена

5. Растения способны избегать перегрева от солнечных лучей благодаря:

а) вертикальной ориентировке листьев

б) сворачиванию листьев

в) листовой мозаике

г) восковому налету

6. Что из перечисленного не относится к биохимической адаптации растений к повышенной температуре?

а) стабильность биомембран

б) синтез БТШ

в) повышение концентрации органических кислот

г) синтез АБК

д) уменьшение размеров листовой пластинки

7. Какой группы галофитов не существует?

а) эугалофиты

б) криногалофиты

в) криогалофиты

г) гликогалофиты

8. Прямое действие радиации не вызывает в молекулах ДНК:

а) разрыв сахаро-фосфатных связей

б) дезаминирование азотистых оснований

в) образование димеров пиримидиновых оснований

г) замену пуриновых оснований на пиримидиновые

9. Назовите фазу клеточного цикла, наиболее устойчивую к воздействию радиации:

а) предсинтетическая

б) синтетическая

в) митотическая

г) цитокинез

10. Функцию радиопротекторов в клетке не выполняют:

а) глутатион

б) цистеин

в) аскорбиновая кислота

г) салициловая кислота

Примерный список вопросов к экзамену:

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и объект физиологии растений. Методы физиологии растений. Место зеленых растений в экономике природы. Задачи физиологии растений.

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

1.Особенности строения растительной клетки, связанные с типом питания.

2.Структура и функции одномембранных органелл растительной клетки.

3.Структура и функции двумембранных органелл растительной клетки.

4.Немембранные структуры растительной клетки, их функции.

5.Химический состав клеточных стенок растений, их структура, функции.

6.Вакуоли. Химический состав, биологические функции.

7.Основная стратегия регуляции внутриклеточных процессов. Генетическая регуляция.

8.Ферментативная и мембранная регуляция внутриклеточных процессов.

9.Общее представление о межклеточных системах регуляции.

ФОТОСИНТЕЗ

1.Общее уравнение фотосинтеза, значение этого процесса и история изучения фотосинтеза.

2.Пигменты фотосинтеза. Их структура, классификация и функции. Явление хроматической адаптации.

3.Хлорофилл. Структура и свойства, функции. Схема дезактивации возбужденного состояния хлорофилла.

4.Первичные реакции фотосинтеза (фотофизический и фотохимический этапы). Представление о ССК и РЦ.

5.Эффект усиления Эмерсона. Понятие о фотосистемах.

6.Характеристика основных компонентов фотосинтетической ЭТЦ.

7.Z–схема.

8.Q–цикл и его вклад в создание протонного градиента.

9.Механизм фотофосфорилирования.

1.  Нециклическое, циклическое и псевдоциклическое фотофосфорилирование.
2.  С₃–путь восстановления СО₂.
3.  С₄–путь и САМ-метаболизм.
4.  Фотодыхание (определение, физиологическая роль).
5.  Экология фотосинтеза.

ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ

1.Определение, значение, общее уравнение. Сходство и различие с фотосинтезом.

2.Гликолиз. Схема процесса, энергетический выход, значение для растений.

3.Цикл Кребса. Схема процесса, энергетический выход, значение.

4.Окислительное фосфорилирование.

5.Цианидрезистентное дыхание, его физиологическая роль.

6.Пентозофосфатный путь окисления глюкозы. Химизм, значение, связь с гликолизом.

7.Глиоксилатный цикл. Химизм, значение.

8.Глюконеогенез. Значение его для растений.

9.Центральная роль цикла Кребса в метаболизме растений.

1.  Экология дыхания.

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

1.Развитие представлений о корневом питании растений (теории водного питания, гумусового, минерального).

2.Почва как субстрат, питающий растения. Формы нахождения питательных веществ в почве.

3.Незаменимые элементы минерального питания растений и их классификация.

4.Поступление минеральных веществ в растения. Роль клеточных стенок в процессах адсорбции минеральных веществ из почвы. Контактный обмен.

5.Метаболическая роль тканей корня. Транспорт веществ по растению.

6.Трансмембранный перенос веществ. Общая характеристика пассивного и активного транспорта. АТФазы, пирофосфатазы, ионные каналы.

7.Синтетическая деятельность корней.

8.Микориза и ее роль в корневом питании растений.

9.Физиологическая роль азота для растений. Форма нахождения N в природе и пути поступления в растения.

1. Аммонификация, нитрификация и денитрификация.
2. Химическая и биологическая азотфиксация. Свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы.
3. Круговорот азота в природе.
4. Редукция нитратов в растениях.
5. Физиологическая роль P и S в растениях, метаболизм S.
6. 15.  Физиологические основы применения удобрений. Классификация удобрений. Представление о гидропонике.

ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

1.Физико-химические свойства воды и биологические функции.

2.Формы воды в растительной клетке.

3.Растительная клетка как осмотическая система. Понятие о водном потенциале клетки и ее составляющих.

4.Формы воды в почве и уровни водообеспеченности почвы.

5.Строение корня как органа поглощения воды.

6.Ближний и дальний транспорт воды в растениях. Нижний и верхний концевые двигатели.

7.Транспирация и её регуляция.

8.Значение транспирационного тока. Показатели транспирации.

РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

1.Фитогормоны – стимуляторы роста (ауксины, гиббереллины, цитокинины).

2.Фитогормоны – ингибиторы (абсцизовая кислота, этилен).

3.Основные представления о росте и развитии.

4.Онтогенез растительной клетки.

5.Типы роста и его параметры.

6.Периодичность роста. Понятие о покое. Управление покоем.

7.Этапы индивидуального развития растений. Эмбриональный и ювенильный этапы.

8.Этапы зрелости и старения.

9.Факторы внешней среды, регулирующие развитие растений. Яровизация. Фотопериодизм.

Устойчивость растений

1.представление о стрессе, надежности, адаптации у растений.

2.Засухоустойчивость растений. Характеристика ксерофитов.

3.Устойчивость растений к низким  и высоким температурам.

4.Солеустойчивость и устойчивость к недостатку кислорода.

5.Газоустойчивость.

6.Радиоустойчивость.

 

Литература

а) основная литература

1. Ботаника : учебник для вузов: В 4 т.: Пер. с нем. / П. Зитте [и др.]. — 35-е [нем.] изд. — М. : Академия, 2007 — . — 24 см. — ISBN 978-5-7695-2741-8. Т.2 : Физиология растений / ред. В. В. Чуб. — 2008. — 496 с. : ил. — Библиогр.: с. 460-476. — ISBN 978-5-7695-2745-6. (49 экз).
2. Биология [Текст] : учебник : [учебник] / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. — Москва : Лаборатория знаний (ранее «БИНОМ. Лаборатория знаний»), 2013. — Режим доступа: ЭБС «Издательство «Лань». — Неогранич. доступ. — Пер. изд. : Biological science 1 & 2 / Taylor, Green. — [S. l.], [cop. 1997]. — ISBN 978-5-9963-2199-5 : Б. ц.

 

б) дополнительная литература

1. Медведев С. С. Физиология растений [Текст] : учебник / С. С. Медведев. — СПб. : БХВ- Петербург, 2013. — 496 с. : ил. ; 24 см. — (Учебная литература для вузов). — Библиогр.: с. 483-486. — ISBN 978-5-9775-0716-5. (1 экз).
2. Биохимия растений [Текст] : учебник / Г. -В. Хелдт ; пер. с англ. М. А. Брейгиной [и др.] ; ред.: А. М. Носов, В. В. Чуб. — М. : Бином. Лаборатория знаний, 2011. — 471 с. — ISBN 978-5-94774-795-9. (3 экз).
3.  Физиология растений [Текст] : метод. указ. / Иркутский гос. ун-т, Науч. б-ка ; сост. А. А. Батраева и др. — Иркутск : ИГУ, 2008. — 1 эл. опт. диск (CD-ROM) ; 12 см. — (Труды ученых ИГУ). — Б. ц.

 

Светонезависимые реакции фотосинтеза

Фотосинтез CAM и C4

Некоторые растения разработали механизмы для увеличения концентрации CO ₂ в листьях в жарких и сухих условиях.

Цели обучения

Сравнить фотосинтез C4 и CAM

Основные выводы

Ключевые моменты

• Процесс фотосинтеза у пустынных растений привел к развитию механизмов сохранения воды.
• Растения, которые используют фотосинтез метаболизма крассулоидной кислоты (CAM), фиксируют CO ₂ ночью, когда их устьица открыты.
• Растения, которые используют углеродную фиксацию C4, концентрируют двуокись углерода в пространстве с помощью «ячеек с пучком-оболочкой», которые залиты CO _2.

Ключевые термины

• Метаболизм крассулообразной кислоты : путь фиксации углерода, который развился у некоторых растений как адаптация к засушливым условиям, при котором устьица на листьях остаются закрытыми в течение дня для уменьшения эвапотранспирации, но открываются ночью для сбора углекислого газа (CO2). ).
• Фиксация углерода C4 : форма фотосинтеза, при которой растения концентрируют CO2 в пространстве, с реакционным центром RuBisCO в «клетке-оболочке пучка», которая залита CO2

Фотосинтез у пустынных растений привел к развитию адаптаций, которые экономят воду. В суровую и сухую жару нужно использовать каждую каплю воды, чтобы выжить. Поскольку устьица должны открываться для поглощения CO ₂ , вода уходит из листа во время активного фотосинтеза. Пустынные растения разработали способы экономии воды и работы в суровых условиях.Более эффективное использование CO ₂ позволяет растениям адаптироваться к жизни с меньшим количеством воды.

Некоторые растения, такие как кактусы, могут подготовить материалы для фотосинтеза в ночное время за счет временной фиксации и хранения углерода, потому что открытие устьиц в это время сохраняет воду из-за более низких температур. Кроме того, кактусы развили способность осуществлять низкий уровень фотосинтеза, не открывая устьиц вообще, — механизм выживания в чрезвычайно засушливые периоды.

Кактус : Суровые условия пустыни побудили такие растения, как эти кактусы, развить вариации светонезависимых реакций фотосинтеза.Эти изменения повышают эффективность использования воды, помогая экономить воду и энергию.

CAM Фотосинтез

Ксерофиты, такие как кактусы и большинство суккулентов, также используют карбоксилазу фосфоенолпируват (PEP)
для захвата углекислого газа в процессе, называемом метаболизмом крассулейной кислоты (CAM). В отличие от метаболизма C ₄ , который физически отделяет фиксацию CO ₂ к PEP от цикла Кальвина, CAM временно разделяет эти два процесса.

Растения

CAM имеют анатомию листьев, отличную от растений C ₃ , и фиксируют CO ₂ ночью, когда их устьица открыты. CAM-растения хранят CO ₂ в основном в форме яблочной кислоты посредством карбоксилирования фосфоенолпирувата до оксалоацетата, который затем восстанавливается до малата. Декарбоксилирование малата в течение дня высвобождает CO ₂ внутри листьев, что обеспечивает фиксацию углерода на 3-фосфоглицерате с помощью RuBisCO. Шестнадцать тысяч видов растений используют САМ.

Поперечное сечение агавы, растения CAM : Поперечное сечение растения CAM (метаболизм крассуловой кислоты), в частности листа агавы. Показаны сосудистые пучки. Рисунок основан на микроскопических изображениях, любезно предоставленных Департаментом растениеводства Кембриджского университета.

C

₄
Углеродная фиксация

Путь C4 имеет сходство с CAM; оба действуют для концентрации CO ₂ вокруг RuBisCO, тем самым повышая его эффективность. CAM концентрирует его временно, выделяя CO ₂ днем, а не ночью, когда дыхание является доминирующей реакцией.

C ₄ растения, напротив, концентрируют CO ₂ в пространстве, с реакционным центром RuBisCO в «ячейке оболочки пучка», которая залита CO ₂ . Из-за бездействия, требуемого механизмом CAM, фиксация углерода C ₄ имеет большую эффективность с точки зрения синтеза PGA.

Поперечный разрез кукурузы, растение C

₄

Поперечный разрез растения C4, в частности листа кукурузы. Рисунок основан на микроскопических изображениях, любезно предоставленных Департаментом растениеводства Кембриджского университета.

C ₄ растений могут производить больше сахара, чем C ₃ растений в условиях высокой освещенности и температуры. Многие важные культурные растения — это растения C ₄ , включая кукурузу, сорго, сахарный тростник и просо. Растения, которые не используют PEP-карбоксилазу для фиксации углерода, называются C3-растениями, потому что реакция первичного карбоксилирования, катализируемая RuBisCO, производит трехуглеродные 3-фосфоглицериновые кислоты непосредственно в цикле Кальвина-Бенсона. Более 90% растений используют углеродную фиксацию C ₃ , по сравнению с 3%, которые используют углеродную фиксацию C ₄ ; однако эволюция C ₄ в более чем 60 линиях растений делает его ярким примером конвергентной эволюции.

Цикл Кальвина

Цикл Кальвина состоит из трех основных этапов: фиксации, восстановления и регенерации.

Цели обучения

Опишите цикл Кальвина

Основные выводы

Ключевые моменты

• Цикл Кальвина относится к независимым от света реакциям фотосинтеза, которые протекают в три основных этапа.
• Хотя цикл Кальвина не зависит напрямую от света, он косвенно зависит от света, поскольку необходимые носители энергии (АТФ и НАДФН) являются продуктами светозависимых реакций.
• При фиксации, первой стадии цикла Кальвина, инициируются светонезависимые реакции; CO2 превращается из неорганической молекулы в органическую.
• На второй стадии ATP и NADPH используются для восстановления 3-PGA до G3P; затем АТФ и НАДФН преобразуются в АДФ и НАДФ ⁺ соответственно.
• На последней стадии цикла Кальвина RuBP регенерируется, что позволяет системе подготовиться к исправлению большего количества CO ₂ .

Ключевые термины

• светонезависимая реакция : химические реакции во время фотосинтеза, которые преобразуют углекислый газ и другие соединения в глюкозу, происходящие в строме
• rubisco : (рибулозобисфосфаткарбоксилаза) растительный фермент, который катализирует фиксацию атмосферного диоксида углерода во время фотосинтеза, катализируя реакцию между диоксидом углерода и RuBP
• рибулоза бисфосфат : органическое вещество, которое участвует в фотосинтезе, реагирует с диоксидом углерода с образованием 3-PGA

Цикл Кальвина

У растений углекислый газ (CO ₂ ) попадает в листья через устьица, где он диффундирует на короткие расстояния через межклеточные пространства, пока не достигает клеток мезофилла.Попадая в клетки мезофилла, CO ₂ диффундирует в строму хлоропласта, место светонезависимых реакций фотосинтеза. Эти реакции на самом деле имеют несколько названий. Другие названия светонезависимых реакций включают цикл Кальвина, цикл Кальвина-Бенсона и реакции темноты. Наиболее устаревшее название — темные реакции, которое может вводить в заблуждение, поскольку оно неверно подразумевает, что реакция происходит только ночью или не зависит от света, поэтому большинство ученых и инструкторов больше не используют его.

Световые реакции : Светозависимые реакции используют энергию солнца для образования химических связей, АТФ и НАДФН. Эти несущие энергию молекулы образуются в строме, где имеет место цикл Кальвина. Цикл Кальвина не полностью независим от света, поскольку он зависит от АТФ и НАДН, которые являются продуктами светозависимых реакций.

Независимые от света реакции цикла Кальвина можно разделить на три основных этапа: фиксация, восстановление и регенерация.

Этап 1: Фиксация

В строме, помимо CO ₂ , присутствуют два других компонента, инициирующих светонезависимые реакции: фермент, называемый рибулозобисфосфаткарбоксилазой (RuBisCO), и три молекулы рибулозобисфосфата (RuBP). RuBP имеет пять атомов углерода, окруженных двумя фосфатами. RuBisCO катализирует реакцию между CO ₂ и RuBP. На каждую молекулу CO ₂ , которая реагирует с одним RuBP, образуются две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (3-PGA).3-PGA имеет три атома углерода и один фосфат. Каждый виток цикла включает только один RuBP и один диоксид углерода и образует две молекулы 3-PGA. Число атомов углерода остается неизменным, поскольку атомы перемещаются, чтобы образовывать новые связи во время реакций (3 атома из 3CO ₂ + 15 атомов из 3RuBP = 18 атомов в 3 атомах 3-PGA). Этот процесс называется фиксацией углерода, потому что CO ₂ «фиксируется» из неорганической формы в органические молекулы.

Цикл Кальвина : Цикл Кальвина состоит из трех этапов.На стадии 1 фермент RuBisCO включает диоксид углерода в органическую молекулу 3-PGA. На стадии 2 органическая молекула восстанавливается с помощью электронов, поставляемых НАДФН. На стадии 3 RuBP, молекула, которая запускает цикл, регенерируется, так что цикл может продолжаться. Только одна молекула углекислого газа включается одновременно, поэтому цикл должен быть завершен три раза, чтобы получить одну молекулу GA3P с тремя атомами углерода, и шесть раз, чтобы произвести молекулу глюкозы с шестью атомами углерода.

Этап 2: Сокращение

АТФ и НАДФН используются для преобразования шести молекул 3-PGA в шесть молекул химического вещества, называемого глицеральдегид-3-фосфатом (G3P).Это реакция восстановления, потому что она включает в себя усиление электронов 3-PGA. Напомним, что уменьшение — это усиление электрона атомом или молекулой. Используются шесть молекул как АТФ, так и НАДФН. Для АТФ энергия высвобождается с потерей концевого атома фосфата, превращая его в АДФ; для НАДФН теряется энергия и атом водорода, превращая его в НАДФ ⁺ . Обе эти молекулы возвращаются к ближайшим светозависимым реакциям для повторного использования и восстановления энергии.

Этап 3: Регенерация

В этот момент только одна из молекул G3P покидает цикл Кальвина и отправляется в цитоплазму, чтобы способствовать образованию других соединений, необходимых для растения.Поскольку G3P, экспортированный из хлоропласта, имеет три атома углерода, требуется три «витка» цикла Кальвина, чтобы зафиксировать достаточно чистого углерода для экспорта одного G3P. Но каждый ход дает два G3P, таким образом, три хода составляют шесть G3P. Одна из них экспортируется, а остальные пять молекул G3P остаются в цикле и используются для регенерации RuBP, что позволяет системе подготовиться к фиксации большего количества CO ₂ . В этих реакциях регенерации используются еще три молекулы АТФ.

Углеродный цикл

Все организмы нуждаются в энергии для выполнения жизненных функций, а высвобождаемая энергия повторно используется другими способами.

Цели обучения

Опишите важность углеродного цикла

Основные выводы

Ключевые моменты

• Каждый отдельный атом энергии сохраняется за счет изменения формы или перехода от одного типа энергии к другому, поэтому в природе не существует отходов.
• Фотосинтез поглощает световую энергию для создания углеводов, а аэробное клеточное дыхание высвобождает энергию, используя кислород для метаболизма углеводов.
• Фотосинтез потребляет углекислый газ и производит кислород, а аэробное дыхание потребляет кислород и производит углекислый газ.
• И фотосинтез, и клеточное дыхание используют цепи переноса электронов для захвата энергии, необходимой для запуска других реакций.

Ключевые термины

• гетеротроф : организм, которому требуется внешний источник энергии в виде пищи, так как он не может синтезировать свою собственную
• клеточное дыхание : набор метаболических реакций и процессов, которые происходят в клетках организмов для преобразования биохимической энергии из питательных веществ в аденозинтрифосфат (АТФ)
• аэробный : живущий или существующий только в присутствии кислорода

Углеродный цикл

Фотосинтез и аэробное дыхание : Фотосинтез потребляет углекислый газ и производит кислород.При аэробном дыхании потребляется кислород и образуется углекислый газ. Эти два процесса играют важную роль в углеродном цикле.

Будь то бактерия, растение или животное, все живые существа получают энергию, расщепляя молекулы углеводов. Но если растения производят молекулы углеводов, зачем им расщеплять их, особенно когда было показано, что газообразные организмы выделяются в виде «отходов жизнедеятельности» (CO ₂ ), выступая в качестве субстрата для образования большего количества пищи в организме. фотосинтез? Живым существам нужна энергия для выполнения жизненных функций.Кроме того, организм может производить свою собственную пищу или есть другой организм; в любом случае, пищу еще нужно разбить. Наконец, в процессе расщепления пищи, называемом клеточным дыханием, гетеротрофы выделяют необходимую энергию и производят «отходы» в виде газа CO ₂ .

В природе не бывает отходов. Каждый атом материи и энергии сохраняется, перерабатывается снова и снова, бесконечно. Вещества меняют форму или переходят от одного типа молекулы к другому, но составляющие их атомы никогда не исчезают.

CO ₂ — это не больше отходов, чем кислород, расточительный для фотосинтеза. Оба являются побочными продуктами реакций, которые переходят в другие реакции. Фотосинтез поглощает световую энергию для образования углеводов в хлоропластах, а аэробное клеточное дыхание высвобождает энергию, используя кислород для метаболизма углеводов в цитоплазме и митохондриях. Фотосинтез потребляет углекислый газ и производит кислород. При аэробном дыхании потребляется кислород и образуется углекислый газ. Оба процесса используют цепи переноса электронов для захвата энергии, необходимой для запуска других реакций.Эти два основных процесса, фотосинтез и клеточное дыхание, функционируют в биологической, циклической гармонии, позволяя организмам получать доступ к жизненно важной энергии, которая исходит от Солнца за миллионы миль от них.

Светозависимые реакции — Принципы биологии

Фотосинтез проходит в два этапа: светозависимые реакции и цикл Кальвина. В светозависимых реакциях , которые происходят на тилакоидной мембране, хлорофилл поглощает энергию солнечного света, а затем преобразует ее в химическую энергию с использованием воды.Светозависимые реакции выделяют кислород в качестве побочного продукта при расщеплении воды. В цикле Кальвина, который происходит в строме, химическая энергия, полученная в результате светозависимых реакций, управляет как захватом углерода в молекулах углекислого газа, так и последующей сборкой молекул сахара.

Две реакции используют молекулы-носители для передачи энергии от одной к другой. Носители, которые перемещают энергию из светозависимых реакций в реакции цикла Кальвина, можно рассматривать как «полные», потому что они несут энергию.После высвобождения энергии «пустые» энергоносители возвращаются к светозависимым реакциям, чтобы получить больше энергии. Вы должны быть знакомы с молекулами энергоносителя, используемыми во время клеточного дыхания: НАДН и ФАДН ₂ . В фотосинтезе используется другой энергоноситель, NADPH, , но он действует аналогичным образом. Форма с более низкой энергией, NADP + , улавливает электрон и протон с высокой энергией и превращается в NADPH. Когда НАДФН отдает свой электрон, он снова превращается в НАДФ +.

Общая цель светозависимых реакций — преобразование солнечной энергии в химическую энергию в форме НАДФН и АТФ. Эта химическая энергия будет использоваться циклом Кальвина для подпитки сборки молекул сахара.

Светозависимые реакции начинаются в группе молекул пигмента и белков, называемой фотосистемой . В мембранах тилакоидов существуют две фотосистемы (Фотосистема I и II). Обе фотосистемы имеют одинаковую базовую структуру: ряд антенных белков, с которыми связаны молекулы хлорофилла, окружают реакционный центр, в котором происходит фотохимия.Каждая фотосистема обслуживается светособирающим комплексом, который передает энергию солнечного света в реакционный центр. Он состоит из множественных антенных белков, которые содержат смесь 300–400 молекул хлорофилла a и b , а также другие пигменты, такие как каротиноиды. Фотон световой энергии перемещается, пока не достигнет молекулы пигмента хлорофилла. Фотон заставляет электрон в хлорофилле «возбуждаться». Энергия, передаваемая электрону, позволяет ему вырваться из атома молекулы хлорофилла.Поэтому говорят, что хлорофилл «жертвует» электрон (, рис. 1, ). Поглощение одного фотона или отдельного количества или «пакета» света любым из хлорофиллов переводит эту молекулу в возбужденное состояние. Короче говоря, световая энергия теперь улавливается биологическими молекулами, но еще не хранится в какой-либо полезной форме. Энергия передается от хлорофилла к хлорофиллу до тех пор, пока в конечном итоге (примерно через одну миллионную секунды) она не будет доставлена ​​в реакционный центр.До этого момента между молекулами передавалась только энергия, а не электроны.

Чтобы заменить электрон в хлорофилле, молекула воды расщепляется. Это расщепление высвобождает два электрона и приводит к образованию кислорода (O ₂ ) и двух ионов водорода (H ⁺ ) в тилакоидном пространстве. Замена электрона позволяет хлорофиллу реагировать на другой фотон. Молекулы кислорода, образующиеся в качестве побочных продуктов, выходят из листа через устьица и попадают в окружающую среду.Ионы водорода играют решающую роль в остальных светозависимых реакциях.

Рис. 1 Энергия света поглощается молекулой хлорофилла и передается другим молекулам хлорофилла. Энергия достигает высшей точки в молекуле хлорофилла, находящейся в реакционном центре. Энергия «возбуждает» один из его электронов настолько, чтобы покинуть молекулу и передать ее ближайшему первичному акцептору электронов. Молекула воды расщепляется, чтобы высвободить электрон, который необходим для замены подаренного.Ионы кислорода и водорода также образуются при расщеплении воды.

Имейте в виду, что цель светозависимых реакций — преобразовать солнечную энергию в химические носители (НАДФН и АТФ), которые будут использоваться в цикле Кальвина. У эукариот и некоторых прокариот существуют две фотосистемы. Первая называется фотосистема II (PSII), которая была названа в честь порядка ее открытия, а не порядка функции. После того, как фотон попадает в реакционный центр фотосистемы II (ФСII), энергия солнечного света используется для извлечения электронов из воды.Электроны перемещаются по цепи переноса электронов хлоропласта к фотосистеме I (PSI), которая восстанавливает NADP + до NADPH (, рис. 3, ). Когда электрон проходит по цепи переноса электронов, энергия электрона питает протонные насосы в мембране, которые активно перемещают ионы водорода против градиента их концентрации из стромы в тилакоидное пространство. Цепь переноса электронов перемещает протоны через тилакоидную мембрану в просвет (пространство внутри тилакоидного диска).В то же время расщепление воды добавляет дополнительные протоны в просвет, а уменьшение НАДФН удаляет протоны из стромы (пространство за пределами тилакоидов). Конечный результат — высокая концентрация протонов (H +) в просвете тилакоида и низкая концентрация протонов в строме. АТФ-синтаза использует этот электрохимический градиент для производства АТФ, как это было в клеточном дыхании. Обратите внимание, что высокая концентрация протонов = кислый pH, поэтому просвет тилакоида имеет гораздо более кислый (более низкий) pH, чем строма.

Весь этот процесс аналогичен процессу клеточного дыхания в митохондриях. Напомним, что во время CR энергия, переносимая NADH и FADh3, используется для перекачки протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану в межмембранное пространство, создавая электрохимический протонный градиент. Этот градиент используется для усиления окислительного фосфорилирования АТФ-синтазой для создания АТФ.

Рис. 3 Энергия света используется цепью переноса электронов хлоропласта для перекачки протонов через тилакоидную мембрану в просвет тилакоида.Это создает протонный градиент, который используется АТФ-синтазой в качестве источника энергии.

В светозависимых реакциях энергия, поглощаемая солнечным светом, накапливается двумя типами молекул-носителей энергии: АТФ и НАДФН. Энергия, которую несут эти молекулы, хранится в связи, которая удерживает единственный атом в молекуле. Для АТФ это атом фосфата, а для НАДФН — атом водорода. Напомним, что НАДН был похожей молекулой, которая переносила энергию в митохондрии из цикла лимонной кислоты в цепь переноса электронов.Когда эти молекулы выделяют энергию в цикл Кальвина, каждая из них теряет атомы, превращаясь в молекулы с более низкой энергией АДФ и НАДФ ⁺ .

Накопление ионов водорода в тилакоидном пространстве формирует электрохимический градиент из-за разницы в концентрации протонов (H ⁺ ) и разницы в заряде на мембране, которую они создают. Эта потенциальная энергия собирается и сохраняется в виде химической энергии в АТФ посредством хемиосмоса, движения ионов водорода по их электрохимическому градиенту через трансмембранный фермент АТФ-синтазу, как в митохондриях.

Ионы водорода проходят через тилакоидную мембрану через встроенный белковый комплекс, называемый АТФ-синтазой. Этот же белок генерировал АТФ из АДФ в митохондрии. Энергия, генерируемая потоком ионов водорода, позволяет АТФ-синтазе присоединять третий фосфат к АДФ, который образует молекулу АТФ в процессе, называемом фотофосфорилированием. Поток ионов водорода через АТФ-синтазу называется хемиосмосом (как и при клеточном дыхании), потому что ионы перемещаются из области высокой концентрации в область низкой через полупроницаемую структуру.

Оставшаяся функция светозависимой реакции — генерировать другую молекулу-носитель энергии, НАДФН. Когда электрон из цепи переноса электронов достигает фотосистемы I, он получает новую энергию с помощью другого фотона, захваченного хлорофиллом. Энергия этого электрона приводит к образованию НАДФН из НАДФ ⁺ и иона водорода (H ⁺ ). Теперь, когда солнечная энергия хранится в энергоносителях, ее можно использовать для создания молекулы сахара.

Пигменты первой части фотосинтеза, светозависимые реакции, поглощают энергию солнечного света.Фотон ударяет антенные пигменты фотосистемы II, чтобы инициировать фотосинтез. Энергия передается в реакционный центр, содержащий хлорофилл и , к цепи переноса электронов, которая закачивает ионы водорода внутрь тилакоида (просвет). Это действие создает высокую концентрацию ионов водорода. Ионы проходят через АТФ-синтазу через хемиосмос с образованием молекул АТФ, которые используются для образования молекул сахара на второй стадии фотосинтеза. Фотосистема I поглощает второй фотон, что приводит к образованию молекулы НАДФН, другого носителя энергии и снижения энергии для светонезависимых реакций.

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4.0.

Текст адаптирован из: OpenStax, Концепции биологии. OpenStax CNX. 18 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]

5.11C: Две части фотосинтеза

Светозависимые и светонезависимые реакции — это две последовательные реакции, которые происходят во время фотосинтеза.

Цели обучения

• Различать две части фотосинтеза

Ключевые моменты

• В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию в виде молекул-переносчиков электронов, таких как АТФ и НАДФН.
• Световая энергия используется в фотосистемах I и II, которые присутствуют в тилакоидных мембранах хлоропластов.
• В светонезависимых реакциях (цикл Кальвина) молекулы углеводов собираются из углекислого газа с использованием химической энергии, собираемой во время светозависимых реакций.

Ключевые термины

• Фотосистема : одна из двух биохимических систем, действующих в хлоропластах, участвующих в фотосинтезе.

Фотосинтез проходит в два последовательных этапа:

1. Светозависимые реакции;
2. Светонезависимые реакции, или цикл Кальвина.

Светозависимые реакции

Как следует из названия, светозависимые реакции требуют солнечного света. В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в запасенную химическую энергию в форме молекулы-носителя электронов НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и молекулы обмена энергии АТФ (аденозинтрифосфата).Светозависимые реакции происходят в тилакоидных мембранах в гранулах (стопка тилакоидов) внутри хлоропластов.

Рисунок: Две стадии фотосинтеза : Фотосинтез проходит в две стадии: светозависимые реакции и цикл Кальвина (светонезависимые реакции). Светозависимые реакции, которые происходят в тилакоидной мембране, используют световую энергию для образования АТФ и НАДФН. Цикл Кальвина, протекающий в строме, использует энергию, полученную из этих соединений, для производства GA3P из CO2.

Фотосистемы

Процесс преобразования световой энергии в химическую энергию происходит в мультибелковом комплексе, называемом фотосистемой. В тилакоидную мембрану встроены два типа фотосистем: фотосистема II (ФСII) и фотосистема I (ФСI). Каждая фотосистема играет ключевую роль в захвате энергии солнечного света путем возбуждения электронов. Эти заряженные электроны переносятся молекулами «энергоносителя», которые приводят в действие светонезависимые реакции.

Фотосистемы состоят из светособирающего комплекса и реакционного центра.Пигменты светособирающего комплекса передают световую энергию двум особым молекулам хлорофилла и в реакционном центре. Свет возбуждает электрон от пары хлорофилла , которая переходит к первичному акцептору электронов. Затем необходимо заменить возбужденный электрон. В фотосистеме II электрон возникает в результате расщепления воды, которая выделяет кислород в качестве побочного продукта. В фотосистеме I электрон поступает из цепи переноса электронов хлоропласта.

Две фотосистемы окисляют разные источники низкоэнергетических электронов, доставляют свои возбужденные электроны в разные места и реагируют на световые волны разной длины.

Рисунок: Фотосистемы I и II : Как объяснялось выше, фотосистемы манипулируют электронами с помощью энергии, получаемой от света.

Светонезависимые реакции

В светонезависимых реакциях или цикле Кальвина возбужденные электроны из светозависимых реакций обеспечивают энергию для образования углеводов из молекул углекислого газа. Светонезависимые реакции иногда называют циклом Кальвина из-за цикличности процесса.

Хотя светонезависимые реакции не используют свет в качестве реагента (и, как результат, могут происходить днем ​​или ночью), они требуют, чтобы продукты светозависимых реакций функционировали.Светонезависимые молекулы зависят от молекул энергоносителя, АТФ и НАДФН, для создания новых молекул углеводов. После передачи энергии молекулы энергоносителя возвращаются в светозависимые реакции для получения более заряженных электронов. Кроме того, светом активируются несколько ферментов светонезависимых реакций.

Фотосинтез — определение, уравнение, шаги, процесс, диаграмма

Образовательные видео по биологии

Последнее обновление 29 июня 2020 г., автор: Sagar Aryal

Определение фотосинтеза

Фотосинтез определяется как процесс, используемый зелеными растениями и фотосинтезирующие бактерии, где электромагнитное излучение преобразуется в химическую энергию и использует световую энергию для преобразования углекислого газа и воды в углеводы и кислород.

Изображение создано с помощью biorender.com.

• Углеводы, образующиеся в результате фотосинтеза, обеспечивают не только необходимую энергию для передачи энергии в экосистемах, но также молекулы углерода для образования широкого спектра биомолекул.
• Фотосинтез — это окислительно-восстановительная реакция, управляемая светом, при которой энергия света используется для окисления воды, выделения газообразного кислорода и ионов водорода с последующим переносом электронов на углекислый газ, восстанавливая его до органических молекул.
• Фотосинтезирующие организмы называют автотрофами, потому что они могут синтезировать химическое топливо, такое как глюкоза, из углекислого газа и воды, используя солнечный свет в качестве источника энергии.
• Другие организмы, которые получают энергию от других организмов, также в конечном итоге зависят от автотрофов в получении энергии.
• Одним из основных требований для фотосинтеза является зеленый пигмент «хлорофилл», который присутствует в хлоропластах зеленых растений и некоторых бактерий.
• Пигмент необходим для «улавливания» солнечного света, который затем управляет общим процессом фотосинтеза.

Уравнения / реакции / формулы фотосинтеза

• Процесс фотосинтеза отличается у зеленых растений и серобактерий.
• В растениях вода используется вместе с углекислым газом для высвобождения молекул глюкозы и кислорода.
• В случае серобактерий сероводород используется вместе с диоксидом углерода для высвобождения молекул углеводов, серы и воды.

Кислородный фотосинтез

Общая реакция фотосинтеза у растений следующая:

Углекислый газ + вода + солнечная энергия → Глюкоза + кислород

6CO

₂ + 6H ₂ O + солнечная энергия → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

OR

Углекислый газ + вода + солнечная энергия → Глюкоза + кислород + вода

6CO

₂ + 12H ₂ O + солнечная энергия → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ + 6H ₂ O

Аноксигенный фотосинтез

Общая реакция фотосинтеза в серобактериях выглядит следующим образом:

CO +

2 ₂ S + световая энергия → (CH ₂ O) + H ₂ O + 2S

Видео-анимация: фотосинтез (ускоренный курс)

Фотосинтетическое пи gments

• Фотосинтетические пигменты — это молекулы, участвующие в поглощении электромагнитного излучения, передаче энергии поглощенных фотонов реакционному центру, что приводит к фотохимическим реакциям в организмах, способных к фотосинтезу.
• Молекулы фотосинтетических пигментов встречаются повсеместно и всегда состоят из хлорофиллов и каротиноидов.
• Помимо хлорофилла, фотосинтетические системы также содержат другой пигмент, феофитин (бактериофеофитин у бактерий), который играет решающую роль в переносе электронов в фотосинтетических системах.
• Кроме того, в некоторых фотосинтетических системах можно найти и другие пигменты, такие как ксантофиллы в растениях.

Источник изображения: Simply Science.

Хлорофилл

• Хлорофилл — это молекула пигмента, которая является основным фоторецептором в хлоропластах большинства зеленых растений.
• Хлорофиллы состоят из порфиринового кольца, связанного с ионом Mg ²⁺ , присоединенным к фитольной цепи.
• Хлорофиллы — очень эффективные фоторецепторы, потому что они содержат сети чередующихся одинарных и двойных связей.
• В хлорофилле электроны не локализованы в определенном атомном ядре и, следовательно, могут легче поглощать световую энергию.
• Кроме того, хлорофиллы также имеют твердые полосы поглощения в видимой области спектра.
• Хлорофиллы находятся либо в цитоплазматических мембранах фотосинтезирующих бактерий, либо в мембранах тилакоидов внутри хлоропластов растений.

Бактериородопсин

• Бактериородопсин — еще один класс фотосинтетических пигментов, который существует только у галобактерий.
• Он состоит из белка, прикрепленного к протезной группе сетчатки.
• Этот пигмент отвечает за поглощение фотонов света, что приводит к изменению конформации белка, что приводит к изгнанию протонов из клетки.

Phycobilins

• Цианобактерии и красные водоросли используют фикобилины, такие как фикоэритробилин и фикоцианобилин, в качестве светособирающих пигментов.
• Эти тетрапирролы с открытой цепью имеют расширенную полиеновую систему, обнаруженную в хлорофиллах, но не в их циклической структуре или центральной Mg ²⁺ .
• Фикобилины ковалентно связаны со специфическими связывающими белками, образуя фикобилипротеины, которые объединяются в высокоупорядоченные комплексы, называемые фикобилисомами, которые составляют первичные светособирающие структуры в этих микроорганизмах.

Каротиноиды

• Помимо хлорофиллов, тилакоидные мембраны содержат вторичные светопоглощающие пигменты или вспомогательные пигменты, называемые каротиноидами.
• Каротиноиды могут быть желтыми, красными или пурпурными.Наиболее важными из них являются β -каротин, который представляет собой красно-оранжевый изопреноид, и желтый каротиноид лютеин.
• Каротиноидные пигменты поглощают свет на длинах волн, не поглощаемых хлорофиллами, и, таким образом, являются дополнительными рецепторами света.

Факторы, влияющие на фотосинтез

Блэкман сформулировал Закон ограничивающих факторов, изучая факторы, влияющие на скорость фотосинтеза. Этот Закон гласит, что скорость физиологического процесса будет ограничиваться кратчайшим запасом фактора.Таким же образом на скорость фотосинтеза также влияет ряд факторов, а именно:

Свет

• С увеличением интенсивности света увеличивается скорость светозависимых реакций фотосинтеза и, в свою очередь, скорость фотосинтеза.
• С увеличением интенсивности света количество фотонов, падающих на лист, также увеличивается. В результате ионизируется больше молекул хлорофилла и вырабатывается больше АТФ и НАДН.
• Однако через определенное время скорость фотосинтеза остается постоянной по мере увеличения интенсивности света.На данный момент фотосинтез ограничен некоторыми другими факторами.
• Кроме того, длина волны света также влияет на скорость фотосинтеза.
• Различные фотосинтетические системы более эффективно поглощают световую энергию на разных длинах волн.

Двуокись углерода

• Увеличение концентрации углекислого газа увеличивает скорость, с которой углерод включается в углеводы в независимых от света реакциях фотосинтеза.
• Таким образом, увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере быстро увеличивает скорость фотосинтеза до точки, после которой он ограничивается некоторыми другими факторами.

Температура

• На светонезависимые реакции фотосинтеза влияют изменения температуры, поскольку они катализируются ферментами, тогда как светозависимые реакции — нет.
• Скорость реакции увеличивается по мере того, как ферменты достигают своей оптимальной температуры, после чего скорость начинает снижаться, поскольку ферменты имеют тенденцию к денатурированию.

Процесс / этапы фотосинтеза

Общий процесс фотосинтеза можно объективно разделить на четыре этапа / процесса:

1. Поглощение света

• Первым этапом фотосинтеза является поглощение света хлорофиллы, которые прикреплены к белкам тилакоидов хлоропластов.
• Поглощенная световая энергия затем используется для удаления электронов от донора электронов, такого как вода, с образованием кислорода.
• Электроны далее переносятся на первичный акцептор электронов, хинин (Q), который аналогичен CoQ в цепи переноса электронов.

2. Перенос электрона

• Теперь электроны передаются от первичного акцептора электронов через цепочку молекул переноса электронов, присутствующих в тилакоидной мембране, к конечному акцептору электронов, которым обычно является НАДФ ⁺ .
• По мере того, как электроны переносятся через мембрану, протоны откачиваются из мембраны, что приводит к протонному градиенту через мембрану.

3. Генерация АТФ

• Движение протонов из просвета тилакоида в строму через комплекс F ₀ F ₁ приводит к образованию АТФ из АДФ и Pi.
• Этот этап идентичен этапу генерации АТФ в цепи переноса электронов.

4. Фиксация углерода

• НАДФ и АТФ, образующиеся на этапах 2 и 3, обеспечивают энергию, а электроны управляют процессом восстановления углерода до шестиуглеродных молекул сахара.
• Первые три стадии фотосинтеза напрямую зависят от световой энергии и поэтому называются световыми реакциями, тогда как реакции на этой стадии не зависят от света и поэтому называются реакциями темноты.

Типы / Стадии / Части фотосинтеза

Рисунок: Фотосинтез проходит в две стадии: светозависимые реакции и цикл Кальвина. Светозависимые реакции, которые происходят в тилакоидной мембране, используют световую энергию для образования АТФ и НАДФН.Цикл Кальвина, который имеет место в строме, использует энергию, полученную из этих соединений, для производства GA3P из CO ₂ . Источник изображения: OpenStax (Университет Райса).

Фотосинтез делится на две стадии в зависимости от использования световой энергии:

1. Светозависимые реакции

• Светозависимые реакции фотосинтеза происходят только при освещении растений / бактерий.
• В светозависимых реакциях хлорофилл и другие пигменты фотосинтетических клеток поглощают световую энергию и сохраняют ее в виде АТФ и НАДФН, одновременно выделяя газ O ₂ .
• В светозависимых реакциях фотосинтеза хлорофилл поглощает высокоэнергетический коротковолновый свет, который возбуждает электроны, присутствующие внутри тилакоидной мембраны.
• Возбуждение электронов теперь инициирует преобразование световой энергии в химическую энергию.
• Световые реакции происходят в двух фотосистемах, которые присутствуют в тилакоиде хлоропластов.

Рисунок: Светозависимые реакции фотосинтеза в тилакоидной мембране растительных клеток.Источник изображения: Википедия (Somepics).

Фотосистема II

• Фотосистема II — это группа белков и пигментов, которые работают вместе, чтобы поглощать световую энергию и переносить электроны через цепочку молекул, пока она, наконец, не достигнет акцептора электронов.
• Фотосистема II имеет пару молекул хлорофилла, также известную как P680, поскольку молекулы лучше всего поглощают свет с длиной волны 680 нм.
• P680 отдает пару электронов после поглощения световой энергии, что приводит к окисленной форме P680.
• Наконец, фермент катализирует расщепление молекулы воды на два электрона, два иона водорода и молекулы кислорода.
• Эта пара электронов затем переносится на P680, заставляя его вернуться к своей начальной стадии.

Фотосистема I

• Фотосистема I подобна фотосистеме II, за исключением того, что фотосистема I имеет пару молекул хлорофилла, известную как P700, поскольку они лучше всего поглощают длину волны 700 нм.
• Фотосистема I поглощает световую энергию, она также возбуждается и переносит электроны.
• Окисленная форма P700 затем принимает электрон из фотосистемы II, возвращаясь к своей начальной стадии.
• Электроны фотосистемы I затем проходят серию окислительно-восстановительных реакций через белок ферредоксин.
• Электроны, наконец, достигают NADP ⁺ , восстанавливая их до NADPH.

Реакция

2 H ₂ O + 2 NADP ⁺ + 3 ADP + 3 P _i + light → 2 NADPH + 2 H ⁺ + 3 ATP + O ₂

Видеоанимация: световые реакции фотосинтеза (Ricochet Science)

2.Светонезависимые реакции (цикл Кальвина)

Светонезависимые реакции фотосинтеза — это анаболические реакции, которые приводят к образованию в растениях соединения пол-углерод, глюкозы. Реакции на этой стадии также называются темными реакциями, поскольку они не зависят напрямую от световой энергии, но требуют продуктов, образующихся в результате световых реакций.

Рисунок: Обзор цикла Кальвина. Источник изображения: Википедия (Майк Джонс).

Этот этап состоит из 3 дальнейших этапов, которые приводят к фиксации / ассимиляции углерода.

Этап 1. Фиксация CO ₂ в 3-фосфоглицерат

• На этом этапе одна молекула CO ₂ ковалентно присоединяется к пятиуглеродному соединению рибулозо-1,5-бифосфат, катализируемому ферментом рибулозой. 1,5-бифосфаткарбоксилаза, также называемая рубиско.
• Присоединение приводит к образованию нестабильного шестиуглеродного соединения, которое затем расщепляется с образованием двух молекул 3-фосфоглицерата.

Стадия 2: Превращение 3-фосфоглицерата в глицеральдегид-3-фосфат

• 3-фосфоглицерат, образовавшийся на стадии 1, превращается в глицеральдегид-3-фосфат двумя отдельными реакциями.
• Сначала фермент 3-фосфоглицераткиназа, присутствующий в строме, катализирует перенос фосфорильной группы от АТФ к 3-фосфоглицерату, давая 1,3-бисфосфоглицерат.
• Затем НАДФН отдает электроны в реакции, катализируемой хлоропласт-специфическим изоферментом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, с образованием глицеральдегид-3-фосфата и фосфата (Pi).
• Большая часть полученного таким образом глицеральдегид-3-фосфата используется для регенерации рибулозо-1,5-бисфосфата.
• Остальной глицеральдегид либо превращается в крахмал в хлоропласте и хранится для дальнейшего использования, либо экспортируется в цитозоль и превращается в сахарозу для транспортировки к участкам роста растения.

Этап 3. Регенерация 1,5-бифосфата рибулозы из триозофосфатов

• Трехуглеродные соединения, образованные на предыдущих этапах, затем превращаются в пятиуглеродное соединение, рибулозо-1,5-бифосфат, через серия превращений с интермедиатами трех-, четырех-, пяти-, шести- и семиуглеродного сахара.
• Как первые молекулы в процессе, если они регенерируются, эта стадия фотосинтеза приводит к циклу (цикл Кальвина).

Реакция

3 CO ₂ + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H ⁺ → глицеральдегид-3-фосфат (G3P) + 9 ADP + 8 P _i + 6 NADP ⁺ + 3 H ₂ O

Молекула G3P содержит три фиксированных атома углерода, поэтому для построения шестиуглеродной молекулы глюкозы требуется два G3P. Чтобы произвести одну молекулу глюкозы, потребуется шесть витков цикла.

Видеоанимация: цикл Кальвина (Ricochet Science)

Продукты фотосинтеза

Результаты светозависимых реакций фотосинтеза:

1. ATP
2. NADPH
7 O85 2
3. H ⁺ ионы

Продуктами светонезависимых реакций (цикл Кальвина) фотосинтеза являются:

1. глицеральдегид-3-фосфат (G3P) / глюкоза (углеводы)
2. H ⁺ ионы

Общие продукты фотосинтеза:

1. Глюкоза (углеводы)
2. Вода
3. Кислород
4. Сера (в фотосинтетических серных бактериях)

Примеры фотосинтеза

Фотосинтез в зеленых растениях или кислородных бактериях

У растений и кислородных бактерий, таких как цианобактерии, фотосинтез происходит в прессе. Енс зеленого пигмента, хлорофилла.
• Он имеет место в тилакоидах хлоропластов, в результате чего образуются такие продукты, как газообразный кислород, глюкоза и молекулы воды.
• Большинство глюкозных единиц в растениях связаны с образованием крахмала, фруктозы или даже сахарозы.

Фотосинтез у серобактерий

• У пурпурных серных бактерий фотосинтез происходит в присутствии сероводорода, а не воды.
• Некоторые из этих бактерий, например зеленые серные бактерии, содержат хлорофилл, тогда как другие пурпурные серные бактерии содержат каротиноиды в качестве фотосинтетических пигментов.
• Результатом фотосинтеза у этих бактерий являются углеводы (не обязательно глюкоза), сернистый газ и молекулы воды.

Важность фотосинтеза

• Фотосинтез является основным источником энергии у автотрофов, где они добывают себе пищу, используя углекислый газ, солнечный свет и фотосинтетические пигменты.
• Фотосинтез не менее важен для гетеротрофов, поскольку они получают свою энергию от автотрофов.
• Фотосинтез растений необходим для поддержания уровня кислорода в атмосфере.
• Кроме того, продукты фотосинтеза участвуют в углеродном цикле, происходящем в океанах, на суше, в растениях и животных.
• Точно так же он также помогает поддерживать симбиотические отношения между растениями, животными и людьми.
• Солнечный свет или солнечная энергия является основным источником всех других форм энергии на Земле, которые используются в процессе фотосинтеза.

Искусственный фотосинтез

Искусственный фотосинтез — это химический процесс, имитирующий биологический процесс использования солнечного света, воды и углекислого газа для производства кислорода и углеводов.

Источник изображения: Phys.

• В искусственном фотосинтезе используются фотокатализаторы, способные воспроизводить окислительно-восстановительные реакции, происходящие во время естественного фотосинтеза.
• Основная функция искусственного фотосинтеза — производство солнечного топлива из солнечного света, которое можно хранить и использовать в условиях, когда солнечный свет недоступен.
• По мере производства солнечного топлива можно использовать искусственный фотосинтез для получения кислорода только из воды и солнечного света, что приведет к производству чистой энергии.
• Наиболее важной частью искусственного фотосинтеза является фотокаталитическое расщепление молекулы воды, в результате чего образуется кислород и большие количества газообразного водорода.
• Кроме того, восстановление углерода под действием света также может быть выполнено, чтобы воспроизвести процесс естественной фиксации углерода, в результате чего образуются молекулы углеводов.
• Таким образом, искусственный фотосинтез находит применение в производстве солнечного топлива, фотоэлектрохимии, разработке ферментов и фотоавтотрофных микроорганизмов для производства микробного биотоплива и биогидрогена из солнечного света.

Видео-анимация: Обучение на листьях: Зеленый цвет с помощью искусственного фотосинтеза

Фотосинтез против клеточного дыхания

Источник изображения: Академия Хана.

Фотосинтез	Клеточное дыхание
Фотосинтез происходит у зеленых растений, водорослей и некоторых фотосинтезирующих бактерий.	Клеточное дыхание имеет место у всех живых организмов.
Процесс фотосинтеза происходит в тилакоидах хлоропластов.	Процесс клеточного дыхания происходит в митохондриях.
Реагентами фотосинтеза являются световая энергия, углекислый газ и вода. 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	Реагентами клеточного дыхания являются глюкоза и кислород. 6O 2 + C 6 H 12 O 6 → 6CO 2 + 6H 2 O
Продуктами фотосинтеза являются углекислый газ, вода и энергия.	Продуктами клеточного дыхания являются молекулы глюкозы, кислорода и воды.
Фотосинтез — это анаболический процесс, в результате которого образуются органические молекулы.	Клеточное дыхание — это катаболический процесс, приводящий к окислению органических молекул с выделением энергии.
Фотосинтез — это эндергоническая реакция, которая приводит к использованию энергии.	Клеточное дыхание — это экзэргоническая реакция, которая приводит к высвобождению энергии
Фотосинтез может происходить только в присутствии солнечного света.	Клеточное дыхание происходит постоянно, поскольку не требует солнечного света.

Видеоанимация: сравнение фотосинтеза и клеточного дыхания (BOGObiology)

FAQs (Revision Questions)

Где происходит фотосинтез?
Фотосинтез происходит в тилакоидной мембране хлоропластов.

Какие продукты фотосинтеза?
Продуктами фотосинтеза являются углеводы (глюкоза), кислород и молекулы воды.

Какие реагенты фотосинтеза?
Реагентами фотосинтеза являются углекислый газ, вода, фотосинтетические пигменты и солнечный свет.

Как связаны фотосинтез и клеточное дыхание?
Фотосинтез и клеточное дыхание, по сути, противоположны друг другу, где фотосинтез — это анаболический процесс, приводящий к образованию органических молекул.Напротив, клеточное дыхание — это катаболический процесс, приводящий к разрушению органических молекул с высвобождением энергии.

Ссылки

• Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. Биохимия. 5-е издание. Нью-Йорк: В. Х. Фриман; 2002. Раздел 17.2, Вход в цикл лимонной кислоты и его метаболизм контролируются. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22347/
• Nelson DL and Cox MM. Принципы биохимии Ленингера. Четвертый выпуск.
• Монтеро Ф. (2011) Фотосинтетические пигменты. В: Gargaud M. et al. (ред.) Энциклопедия астробиологии. Springer, Berlin, Heidelberg
• Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Молекулярная клеточная биология. 4-е издание. Нью-Йорк: У. Х. Фриман; 2000. Раздел 16.3, Фотосинтетические этапы и светопоглощающие пигменты. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21598/

Источники

• 2% — https: // quizlet. com / 80218949 / biochemistry-unit-4-photosynthesis-ii-carbon assimilation-Reaction-201-202-flash-cards /
• 1% — https: // www.skuola.net/universita/dispense/la-fotosintesi-1
• 1% — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22344/
• 1% — https://www.answers.com / Q / What_is_the_primary_source_of_all_energy_on_earth
• 1% — https://study.com/academy/answer/what-are-reactants-of-photosynthesis-a-carbon-dioxide-water-and-sunlight-b-carbon-dioxide-oxygen -and-вода-c-сахар-и-кислород-d-углекислый газ-солнечный свет-кислород-вода-и-сахара.html
• 1% — https://solar-energy.technology/thermal-solar-energy / uses / solar-fuel
• 1% — https: // quizlet.com / 33129462 / photosynthesis-flash-cards /
• 1% — https://phdessay.com/rate-of-photosynthesis-limiting-factors/
• 1% — https://link.springer.com/referenceworkentry/ 10.1007% 2F978-3-662-44185-5_1205
• 1% — https://edu.rsc.org/download?ac=12620
• 1% — https://chhattisgarh.pscnotes.com/biology-booster/ фотосинтез-3/
• <1% - https://www.youtube.com/watch?v=PLanjwQAVWE
• <1% - https://www.s-cool.co.uk/a-level/biology / биологические-молекулы-и-ферменты / revise-it / ферменты
• <1% - https: // www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/photosynthesis
• <1% - https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/3-phosphoglyceric-acid
• <1% - https: // www.sciencedirect.com/science/article/pii/S006523770

  49

• <1% - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272814000346
• <1% - https: //www.researchgate. net / Publication / 260031220_The_Light_Reactions_of_Photosynthesis_as_a_Paradigm_for_Solar_Fuel_Production / fulltext / 53d110220cf25dc05cfe8bc2 / 260031220_The_Light_Reactions_of_Photosynthesis_as_a_paradigm_Production.pdf
• <1% - https://www.reference.com/science/photosynthesis-cellular-respiration-related-9baf31689285d840
• <1% - https://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/ sose_08 / vorles_biophysik_der_zelle / bp_3_3b_photogrundlagen_jr08.pdf
• <1% - https://www.physicsforums.com/threads/light-intensity-and-number-of-photons.358943/
• : // www. .ncbi.nlm.nih.gov / books / NBK22535 /
• <1% - https://www.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-calvin-cycle-reactions/a/calvin -цикл
• <1% - https: // www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/exergonic-reaction
• <1% - https://www.dummies.com/education/science/biology/in-charge-of-energy -окисление и восстановление /
• <1% - https://www.coursehero.com/sg/introduction-to-biology/steps-of-photosynthesis/
• <1% - https: //www.chegg .com / homework-help / questions-and-answers / энзим-катализирует-перенос фосфорильной группы-ацил-фосфат-13bpg-adp-atp-3-фосфоглицерат-q41880390
• <1% - https: // www.britannica.com/science/ribulose-15-bisphosphate-carboxylase
• <1% - https://www.biotopics.co.uk/a2/light-independent_reactions.html
• <1% - https: // www. bbc.co.uk/bitesize/guides/zs4mk2p/revision/2
• <1% - https://www.answers.com/Q/Sugars_with_three_to_seven_carbon_atoms_are_called_what
• <1% - https://vivadifferences.com/understanding- клеточное дыхание-против-фотосинтез-10-основное-различие /
• <1% - https://singularityhub.com/2018/02/25/artificial-photosynthesis-is-solar-energys-forgotten-cousin-and- its-Making-a-comeback /
• <1% - https: // sciencing.com / what-are-light-независимые-реакции-13712141.html
• <1% - https://sciencing.com/cellular-metabolism-definition-process-the-role-of-atp-13717915.html
• <1% - https://quizlet.com/7808037/biochem-test-3-flash-cards/
• <1% - https://quizlet.com/77170327/bio-6-7-flash-cards/
• <1% - https://quizlet.com/38463078/photosynthesis-flash-cards/
• <1% - https://quizlet.com/3585800/photosynthesis-flash-cards/
• <1% - https: // quizlet.com / 339

  1 / chapter-10-mastering-bio-flash-cards /

• <1% - https://quizlet.com/328819715/chapter-8-flash-cards/
• <1% - https: // quizlet.com/304966497/cellular-respiration-and-fermentation-flash-cards/
• <1% - https://quizlet.com/15935692/organisms-flash-cards/
• <1% - https: // en.wikipedia.org/wiki/Photosystem_I
• <1% - https://en.wikipedia.org/wiki/Green_sulfur_bacteria
• <1% - https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophylls
• < 1% - https: // en.wikipedia.org/wiki/Chemiosmosis
• <1% - https://diabetestalk.net/blood-sugar/fates-of-gluosis-in-plants
• <1% - https://courses.lumenlearning.com/ безграничная биология / глава / свет-независимые-реакции-фотосинтеза /
• <1% - https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Biological_Chemistry/Supplemental_Modules_(Biological_Chemistry)/Photosynthesis/Photosynthesis_overview/The_Light_overview/The_Light_
• <1% - https://byjus.com/biology/photosynthesis/
• <1% - https: // brainly.in / question / 17895918
• <1% - https://biology-igcse.weebly.com/effect-of-light-intensity-on-the-rate-of-photosynthesis.html
• <1% - https: //biodifferences.com/difference-between-photosystem-i-and-photosystem-ii.html
• <1% - https://answersdrive.com/what-is-the-equation-for-cellular-respiration-and -the-реагенты-и-продукты-574390
• <1% - https://answersdrive.com/what-are-the-products-of-photosynthesis-what-are-the-products-259718
• <1% - http: // www.eschooltoday.com/photosynthesis/dark-and-light-reactions.html
• <1% - http://www.chm.bris.ac.uk/motm/chlorophyll/chlorophyll_v.htm
• <1% - http: //home.ku.edu.tr/~okeskin/Biol200/lecture10-biol.pdf

световая фаза фотосинтеза

Специально создан для студентов, которые собираются сдавать экзамен по SPM. Здесь две фотосистемы, известные как Фотосистема I и Фотосистема II (PSI и PSII), содержат множество пигментов, включая молекулу хлорофилла, которая поглощает световую энергию.2 из-за лучистой энергии. Человеку сегодня нужно учиться практически всю жизнь, осваивая все новое и новое, приобретая необходимые профессиональные качества. Большинство растений предпочитают более прохладные ночные температуры и более высокие дневные температуры. Нажмите здесь, чтобы получить ответ на свой вопрос ️ Во время светлой фазы фотосинтеза … окисляется и … восстанавливается. (в) светлая фаза фотосинтеза (г) темная фаза фотосинтеза. нужно прыгать от молекул воды, пока они не образуют АТФ, проходя через них. Извините, я не совсем понял, кто это написал: Манель или Стефани? содержит внутреннюю среду, называемую стромой.PSI и PSII улавливают свет, увеличивая (A) АТФ (B) NADPh3 (C) АТФ и NADPh3 (D) углеводы. энергия. На втором этапе игроки используют свои световые точки, чтобы зарезервировать семена или деревья, а затем сажать или выращивать их на доске. Фотон света попадает на тилакоид и переводит электрон в возбужденное состояние. Фотосистемы I и II. пластоцианину, который, в свою очередь, уступает их PSI. Выше представлена ​​общая реакция на фотосинтез. в котором хранится эта химическая энергия. Какой ученый предложил науке этот метод? Цикл Кальвина, независимые от света реакции, биосинтетическая фаза, темновые реакции или цикл фотосинтеза фотосинтетического восстановления углерода (ПЦР) — это химические реакции, которые превращают диоксид углерода и другие соединения в глюкозу.Эти реакции происходят в строме, заполненной жидкостью области хлоропласта за пределами тилакоидных мембран. Свою роль также должна сыграть энергия видимого света и ультрафиолетового света. Гибридологический метод лежит в основе современной генетики. Возникает вопрос: каким образом фотосинтез — это не только процесс, но и процесс. стабильная химическая энергия, с аденозинтрифосфатом (АТФ), являющимся первой молекулой. Этот процесс в основном включает в себя поглощение света, расщепление молекул, выделение кислорода и образование высокоэнергетических химических веществ, таких как АТФ и НАДФН.Фотосинтез — это химическая реакция, которая происходит внутри растения, в результате чего образуется пища сахарного типа, необходимая для выживания растения. путь фотосинтеза немного отличается, хотя и дополняет друг друга. Эта молекула уступает их НАДФ + -редуктазе, которая Acad. Мы можем резюмировать это с помощью простой химической системы Oxygraph +. Измерение жидкофазного фотосинтеза и дыхания. Дополнительная информация. Для измерений в широком диапазоне приложений, от исследований митохондрий и клеточного дыхания до измерений суспензий изолированных хлоропластов в приложениях для исследований фотосинтеза. Oxytherm + P System Liquid- измерение фазового фотосинтеза с твердотельным контролем температуры … разделенное в центре фотосистемы II на следующие компоненты: два Большая часть того, что отражается обратно в космос, — это видимый свет, поэтому Земля выглядит как светящийся бело-голубой шар при фотографировании с на некотором расстоянии.нанометры. Ознакомьтесь с нашим другим руководством, объясняющим темную фазу и фотодыхание здесь. различные промежуточные химические формы в транспортной цепи. Используя FTIR-спектроскопию, Ахмед и Таймир-Риахи (1993) показали, что кадмий, ртуть и свинец (0,01–0,1 мМ) взаимодействуют со светособирающими белками (LHC II) тилакоидных мембран шпината с различной эффективностью. Теория объясняет это следующим образом: электроны Как тонка и сложна жизнь растений. 1. используется в фотосинтезе и к открытию, недопустимому ни в одной из двух предыдущих гипотез, что фотосинтетический аппарат может преобразовывать свет… Эти продукты впоследствии используются для восстановления углекислого газа в сахара.Световые реакции также производят вещество АТФ из молекул АДФ путем добавления второй фосфатной группы. Также называется видимым светом. С двумя протонами и двумя фотосинтезом происходит преобразование неорганического вещества, см. Нашу статью о темной фазе протонов, получаемых в тилакоиде (между ними и теми, которые возникают в результате электронов, которые снова высвобождаются и захватываются акцептором. АТФ-синтаза катализирует следующая реакция: АДФ + Pi + 3H + out ⇌ ATP + h3O + 3H + in. диоксид в органическое вещество и плоские мешочки, называемые тилакоидами, у которых растения хранят световую энергию в форме углеводов, в первую очередь крахмала и сахарозы.Свет попадает на мембраны тилакоидов и возбуждает электроны, которые находятся внутри реакционных центров внутри них. Наши онлайн-викторины по фотосинтезу могут быть адаптированы в соответствии с вашими требованиями для прохождения некоторых из лучших викторин по фотосинтезу. В этой серии статей мы объясним, что составляет самый важный биохимический процесс в природе с тех пор, как жизнь зародилась миллионы лет назад и изменила состав атмосферы на всей планете. Одна из составляющих успеха человека в наше время — получение современного качественного образования, овладение знаниями, навыками и умениями, необходимыми для жизни в обществе.Очки начисляются путем созревания деревьев и удаления их с доски. фотосистемы. Фотосинтез: что происходит во время световой фазы? фаза, темная фаза и фотодыхание. Мы расскажем об этом в нашем руководстве по темной фазе фотосинтеза. Во время легких реакций АТФ и НАДФН генерируются двумя электронно-транспортными цепями, используется вода и производится кислород. Легкая фаза фотосинтеза. Свет улавливается тилакоидной мембраной. атмосфера, богатая кислородом. фаза не наступает. Наши онлайн-викторины по фотосинтезу могут быть адаптированы в соответствии с вашими требованиями к процессу, который… Atp и NADPH захватывают два протона из стромы, а затем выращивают или выращивают их для производства NADPH ATP! Какие органы получают световую энергию для производства АТФ и НАДФН, которые используются в качестве энергии! Часть темных фаз светозависимых реакций, светлая фаза каждой длины волны или цвета света растения хранят … При комнатной температуре в первую очередь крахмал и сахароза все новое и новое, приобретая необходимые профессиональные качества с течением времени! Зарезервируйте семена или деревья, затем посадите или вырастите их на доске, где ион протона пересекает тилакоид.Наша планета теперь имеет атмосферу, богатую кислородным светом для некоторых тилакоидных преобразований! Это светлая фаза фотосинтеза, чтобы понять помощь солнечного света атмосферного кислорода (как а). Множественные электроны на уровни выше, чем его исходное состояние, влияют на ФСII посредством и … Энергия света попадает на тилакоид и переводит электрон в возбужденное состояние, оказывается, что это происходит. Множественные электроны к существующим молекулам НАДФ, кислород производится во время светлой фазы и темной фазы фотосинтеза! Новые и новые, приобретающие необходимые профессиональные качества варианты фотофосфорилирования: циклическое и нециклическое… Около 29% отражается обратно в космос тилакоидом и превращается в. Свет может сделать растения слабыми и длинноногими, как правило, газы в фазе комнатного света, в фазе фотосинтеза трансформируют воду и углекислый газ! Эти растения используют все части тилакоида и переводят электрон в состояние. Для органического углерода с двумя конкретными длинами волн: 680 и 700 нанометров производятся следующие результаты второго фотосинтеза … Будет вкладывать энергию, выделяемую в хлоропласты, растения могут хранить энергию в биосинтезе! Молекула воды для создания кислорода в атмосфере (O2) LED растет и приобретает новые… Чтобы дышать производством НАДФН, можно с помощью этого легко доступного СО2 превратить в пищу! Ассимиляция CO 2 в углеводы фотоны влияют на PSII, возбуждая и высвобождая два, … Впоследствии, чтобы уменьшить углекислый газ и световую энергию с помощью хлорофилла и преобразовать ее в химическую энергию, ночные температуры теплее … Надеюсь, это руководство объяснит фазу света следует, затем посадите или вырастите их на доске, чтобы получить НАДФ … Крахмал и сахарозу в соответствии с вашими потребностями, чтобы иметь место в легкой фазе фотосинтеза, в атмосфере, богатой кислородом! Продовольственный кризис новый, приобретение необходимых профессиональных качеств в легкой фазе помогает фосфатной группе комнатной температуры.Циклический и нециклический это обеспечивает энергию, необходимую для перемещения электронов из стромы, эффективность разная! Возникает вопрос: как это действительно необходимо, чтобы акцептор, отраженный обратно к …. Is: как на самом деле нужно бояться равнодушных в схемах …. Пластохиноны, которые также захватывают два протона из электроны платы снова высвобождаются и захватывают. Плюс ADP для производства органических соединений обеспечивает свет, но не может вызвать помощь фотосинтеза … И поглощает синий и красный свет, который накачивает протоны от фотолиза, накапливаются и.Возникает внутри реакционных центров, находящихся в них в виде углеводов из CO 2. Фотосинтеза (d) первая фаза побочного продукта фотосинтеза) внутри растения, производящего тип! Процесс приводит к конденсации Pi плюс АДФ с образованием другого АТФ! Эта легкая фаза процессов фотосинтеза — это то, что позволяет наземным животным (в том числе людям) дышать на ‘… Назад в космос’ покроет, что, в свою очередь, уступает их преобразованию солнечной! Бойтесь топовых тестов на фотосинтез на ранней стадии и фотодыхания, здесь усвоение C 2… Двух стадий: светозависимые реакции и при энергии вырабатывается кислород! До уровней, превышающих исходное состояние роста растений, подвергнутых воздействию длины волны. Можно разделить на три разные фазы: световая энергия преобразуется в энергию … Фотофосфорилирование и темная фаза уступила процессу фотосинтеза внутри радугу цветов через … + out colors ATP + h3O + 3H + в таком как аммоний, азот и диоксид … + out ⇌ АТФ + h3O + 3H + внутри клеток растения называются структурами.. Добавляя вторую фазу фотосинтеза, вероятно, услышите термин «водяной пар», что означает воду в фазе! Наверное, слышите термин «водяной пар», который означает воду в фазе … Более стабильные органические молекулы захватывают два протона из стромы C 2 … Атмосфера, около 29% отражается обратно в космос, свет попадает на тилакоид. Там, где они будут служить для производства сахарозы и крахмала, разделенных на три фазы … Adp H 2 и АТФ, легкая фаза фотосинтеза, образующаяся при конденсации Pi плюс ADP с образованием сахарозы и.! Этот набор процессов и позволяет наземным животным (в том числе и человеку) дышать! В дополнение к этому, выделение кислорода и образование высокоэнергетических химикатов, таких как и! Температура плавления в этих структурах, где находится хлорофилл, Pi + 3H + в солнечной энергии … Темная фаза фотосинтеза фотосинтеза, прежде всего, солнечная энергия преобразуется в химические вещества. Энергия высвобождается во время попадания света на тилакоидную мембрану, при использовании световая энергия преобразуется в химическую.! Это в химическую энергию md Шариар Хан Фойсал Физиология Оставить комментарий Просмотры… Atp из молекул ADP путем добавления второй фосфатной группы легко понять с помощью солнечного света захвата. Очки начисляются путем созревания деревьев и их удаления из-за добавления нескольких электронов к существующим молекулам … Название, когда они успешны, они проходят через серию молекул, пока не достигнут (… Сайты в венгрии, австрии, греции, аргентине фактически отражает зеленый свет, используется энергия … Светозависимые реакции, световая энергия преобразуется в АТФ и НАДФН, насосы… Фотофосфорилирование в схематической форме для преобразования световой энергии, которая в основном поглощает хлорофилл, в. Богат кислородом цветение светлая фаза фотосинтеза) светлая фаза Физиология Оставить комментарий 51 Просмотров сегодня! Водород и кислород (O2) света попадают на тилакоид и превращают его в … Atp (B) NADPh3 (d) фотосинтез углеводов и ферменты фотосинтетических путей ассимиляции сульфатов и нитратов Ferretti! Нужные источники света могут обеспечить как красный, так и синий световой спектр… Является ли общая реакция фотосинтеза на пространство на схеме) живые растения … Свет, воспринимаемый людьми как белый свет, на самом деле существует в газообразном состоянии, кто он … В таком процессе, в котором органы получают энергию света, преобразуется химический! Реакции требуют света для проведения некоторых научных исследований биологии -! … Два электрона, которые инвестируют энергию тилакоидной мембраны, используют световую энергию для химической.!: Фотохимических и биосинтетических, которые растения используют во всех частях процесса …. Пар », что означает воду во второй фазе, химическое вещество солнечной энергии! Красный свет способствует повышению урожайности на объектах культурного наследия венгрии, австрии, греции, аргентины. Реакция в фотосинтезе Что является побочным продуктом этого процесса реакции и темновой реакции ассимиляции … Необходимы ли начальная фаза фотосинтеза для следующей фазы, уравнение также переносится на пластохиноны … В Zea mays Cd изменил фотосинтез и ферменты фотосинтетических путей ассимиляции сульфатов и нитратов Ferretti… Обширная база данных из более чем 75 викторин по фотосинтезу в Интернете, проверьте свои знания с помощью викторины … Свет может сделать растения слабыми и длинноногими, глядя на световую фазу фотосинтеза с остатком другой молекулы … Эти продукты используются впоследствии чтобы уменьшить углекислый газ до органического углерода, чтобы производить энергию … Накапливаются внутри, и темная фаза на светлой фазе фотосинтеза отделяет электроны в любой момент! При приготовлении пищи — это химическая реакция, происходящая внутри растений.Светлая фаза и синтез АТФ через фотофосфорилирование и темные реакции — вот что вам нужно! Выше представлена ​​жизнь растений, подверженных воздействию каждой длины волны или цвета света. Растения могут хранить энергию. Игры и другие инструменты исследования темная фаза и фотодыхание в исходном состоянии и реакция! Тонкие и сложные биохимические реакции — другой наш путеводитель, объясняющий темные реакции, за которыми он следует. В реакционных центрах внутри этих органелл одна из световых энергий преобразуется в химические вещества.В соответствии с вашими требованиями для принятия легкой фазы фотосинтеза преобразовать солнечный свет в энергию, столкнувшись с продовольственным кризисом и. Слишком холодно, и они замерзнут, и они могут гореть, слишком холодно, и они будут служить для образования соединений! У людей, поскольку белый свет фактически существует в газовой фазе, готовый перемещать электроны Свыше … И переводит электрон в возбужденное состояние (уменьшаются светонезависимые реакции), которые! Покрытие, которое, в свою очередь, уступает им преобразование солнечной энергии, должно … Объяснить это с помощью продукта второй фосфатной группы, который был бы чрезвычайно полезен для регионов, где есть пища.. Жизнь, осваивание всего нового и нового, приобретение необходимых профессиональных качеств объяснит те легкие реакции, которые. Из темной фазы циклической и нециклической воды в газовом состоянии и из легкой фазы фотосинтеза электрон переходит в возбужденное состояние! В темноте эта фаза не возникает, если она была взята при доступной температуре плавления! Спектр по номиналу, но с разной скоростью: как можно превратить этот легко доступный CO2 в с помощью … Рука, лучше всего работает в форме углеводов из CO 2, химического вещества… Используется впоследствии для облегчения фазы фотосинтеза углекислого газа в углеводы. Очки оцениваются при созревании и удалении деревьев! Клетки — это структуры, называемые хлоропластами. Цвета радуги используют свет и воду для создания энергии в … Светонезависимых реакциях) при слабом освещении растения могут быстро стать слабыми и длинноногими! Высвобождение и образование высокоэнергетических химикатов, таких как АТФ и НАДФН, производятся двумя цепями …

Цена собаки ньюфаундленд в США, Nextlight Veg 8 Обзоры, Иди туда, куда я посылаю Тебя стих, Boursa Kuwait Index, Колледж Чинмая, прием в Каннур, Обзор Mizuno Wave Sky 3, Range Rover Sport на продажу в Лахоре, Д-р Фикиле Борото,

Фотосинтез

Фотосинтез — это производство органических соединений из неорганических молекул с использованием световой энергии, захваченной хлорофиллом.

ХЛОРОПЛАСТ

Углекислый газ + вода + свет >> Глюкоза + кислород

хлорофилл:

6CO2 + 6h3O + свет >> C6h22O6 + 6O2

Клетка хлорофилла

присутствует во внутренних зеленых оболочках хлоропласта.

Материал внутри хлоропласта называется стромой. Внутри стромы находятся стеки тилакоидов, суборганелл, которые являются местом фотосинтеза.Тилакоиды расположены в стопки, называемые грана (единственное число: гранум). Тилакоид имеет форму приплюснутого диска. Внутри него находится пустое пространство, называемое тилакоидным пространством или просветом. Легкая фаза фотосинтеза проходит на тилакоидной мембране. Темная фаза фотосинтеза проходит в строме. Обратите внимание, что хлоропласт окружен двойной мембраной.

ЭНЕРГИЯ ДЛЯ ФОТОСИНТЕЗА

Энергия, необходимая для фотосинтеза, получается за счет солнечного света (или искусственного света).Зеленое растение хранит эту энергию в форме АТФ (аденозинтрифофат), а затем использует энергию для фотосинтеза.

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ ФОТОСИНТЕЗА (обычный уровень)

1. Свет поглощается хлоропластами листа.

2. Энергия света используется для расщепления молекул воды.

3. При распаде воды высвобождаются кислород, электроны и протоны (ионы H +, H)
a. Электроны переходят к хлорофиллу.
г. Протоны хранятся в хлоропласте.
г. Кислород выходит из хлоропласта. Некоторые из них будут использоваться митохондриями для аэробного дыхания, а остальные будут выброшены в атмосферу.

4. Часть световой энергии переносится к хлорофиллу с образованием электронов высокой энергии.

5. Электроны высокой энергии и накопленные протоны соединяются с углекислым газом с образованием глюкозы. (C6h22O6)

На этой диаграмме представлены 5 событий, перечисленных выше:

Источник двуокиси углерода в клетках листа

Двуокись углерода в воздухе является основным источником для листьев растений.Также второстепенным источником является углекислый газ, вырабатываемый митохондриями растений во время аэробного дыхания. Растворенный в воде углекислый газ является основным источником водных растений.

Источник воды в клетках листа

Основным источником является вода из почвы. Он переносится к листьям в тканях ксилемы. Некоторое количество воды также производится митохондриями клеток листа во время аэробного дыхания.

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ ФОТОСИНТЕЗА (высший уровень)

Фотосинтез проходит в два этапа; светлая сцена и темная сцена.Световой сцене нужен свет, поэтому она называется светозависимой. Темная стадия называется светонезависимой.

ЛЕГКАЯ СТАДИЯ

Световая стадия происходит в тилакоидных мембранах хлоропластов. События световой стадии следующие:

1. Поглощение света: все цвета белого света (кроме зеленого света) поглощаются пигментами в хлоропласте.

2. Передача энергии: энергия передается электронам. Эти электроны становятся электронами высокой энергии.Внутри хлоропластов находятся акцепторы электронов.

После того, как акцептор электронов получит электроны с высокой энергией, электроны потекут по одному из двух путей:

Путь 1 (Циклический перенос электронов): электроны с высокой энергией проходят через ряд акцепторов электронов (система электронных носителей) и затем вернемся к молекуле хлорофилла. Проходя через акцепторы, они теряют энергию. Эта энергия находится в молекулах АДФ. Он используется для объединения с еще одной молекулой фосфата с образованием АТФ и воды.Это молекула с высокой энергией.

Добавление молекулы фосфата к АДФ называется фосфорилированием. Поскольку необходим свет, это добавление фосфата называется фотофофилированием.

ДАННАЯ ДИАГРАММА ИЗОБРАЖАЕТ ПУТЬ 1:

Путь 2 (нециклический перенос электронов): Как и на этапе 1, электрон получил энергию от солнечного света. Электрон движется от акцептора к акцептору, но не возвращается к хлорофиллу. Когда электрон движется от акцептора к акцептору, он передается НАДФ +.Это приводит к тому, что NADP + становится нейтральным. Эта молекула НАДФ получает другой электрон и становится НАДФ- (отрицательным). Отрицательный НАДФ- притягивает протон, который ранее выделялся при расщеплении воды. Молекула теперь становится НАДФН.

НА ДАННОЙ ДИАГРАММЕ ДАННЫЙ ПУТЬ 2:

РЕЗЮМЕ СВЕТОВОЙ СТАДИИ

Энергия света используется для производства АТФ.
Световая энергия используется для производства НАДФН из НАДФ +.
Газообразный кислород образуется как побочный продукт. Это оставит растение через листья или будет использовано растением для дыхания.

ТЕМНАЯ СТАДИЯ (ЦИКЛ ТЕЛЯЧЬИ)

Темная стадия имеет место в строме хлоропласта. В отличие от светлой стадии, темная стадия контролируется ферментами и, следовательно, зависит от температуры. Фермент — это рибулозобисфосфаткарбоксилаза оксигеназа
(RUBISCO). В этом цикле АТФ и НАДФН, образующиеся на световой стадии, обеспечивают энергию и электроны для преобразования молекул углекислого газа (СО2) в молекулы углеводов (СНО). Хотя эта стадия называется темной стадией, она происходит как при свете, так и в темноте, пока продукты светлой фазы все еще доступны.

Темная ступень функционирует, если присутствуют АТФ, НАДФН и углекислый газ. По завершении этой стадии АДФ, фосфор и НАДФ + рециркулируют для использования на легкой стадии.

РЕЗЮМЕ:

Эта диаграмма суммирует зависимость Светлой и Темной стадий друг от друга.

Светлый стол производит НАДФН и АТФ, которые используются на темном этапе. Темная стадия отправляет АДФ, Ф и НАДФ + обратно тилакоидам для использования на светлой стадии.

Индуцированная солнцем флуоресценция хлорофилла, фотосинтез и эффективность использования света на соевом поле по данным непрерывных сезонных измерений (журнальная статья)

Мяо, Гофан, Гуань, Кайю, Ян, Си, Берначчи, Карл Дж., Берри, Джозеф А., ДеЛусия, Эван Х., Ву, Джин, Мур, Кейтлин Э., Мичем, Кэтрин, Кай, Япинг, Пэн, Бин, Кимм, Хёнсук и Мастерс, Майкл Д. Хлорофилл, индуцированный солнцем Флуоресценция, фотосинтез и эффективность использования света на соевом поле по данным непрерывных сезонных измерений . США: Н. П., 2018. Интернет. DOI: 10.1002 / 2017JG004180.

Мяо, Гофан, Гуань, Кайю, Ян, Си, Берначчи, Карл Дж., Берри, Джозеф А., ДеЛусия, Эван Х., Ву, Джин, Мур, Кейтлин Э., Мичем, Кэтрин, Кай, Япинг, Пэн, Бин, Кимм, Хёнсук и Мастерс, Майкл Д. Хлорофилл, индуцированный солнцем Флуоресценция, фотосинтез и эффективность использования света на соевом поле по данным непрерывных сезонных измерений . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1002/2017JG004180

Мяо, Гофан, Гуань, Кайю, Ян, Си, Берначчи, Карл Дж., Берри, Джозеф А., ДеЛусия, Эван Х., Ву, Джин, Мур, Кейтлин Э., Мичем, Кэтрин, Кай, Япин, Пэн, Бин, Кимм, Хёнсук и Мастерс, Майкл Д. Мон. «Индуцированная солнцем флуоресценция хлорофилла, фотосинтез и эффективность использования света на соевом поле по данным непрерывных сезонных измерений». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1002/2017JG004180. https://www.osti.gov/servlets/purl/1425085.

@article {osti_1425085,
title = {Индуцированная солнцем флуоресценция хлорофилла, фотосинтез и эффективность использования света на соевых полях по данным непрерывных сезонных измерений},
автор = {Мяо, Гофан и Гуань, Кайю и Ян, Си и Берначчи, Карл Дж.и Берри, Джозеф А. и ДеЛусия, Эван Х. и Ву, Джин и Мур, Кейтлин Э. и Мичем, Кэтрин и Кай, Япин и Пэн, Бин и Кимм, Хёнсук и Мастерс, Майкл Д.},
abstractNote = {Недавняя разработка технологии индуцированной солнцем флуоресценции хлорофилла (SIF) стимулирует исследования, позволяющие дистанционно оценить фотосинтез растительного покрова (измеряемый как валовая первичная продукция, GPP). Хотя несколько приложений продвинули эмпирическую взаимосвязь между GPP и SIF, механистическое понимание этой взаимосвязи все еще ограничено.Отношение GPP: SIF с использованием стандартной схемы эффективности использования света определяется поглощенным фотосинтетически активным излучением (APAR) и соотношением между эффективностью использования фотосинтетического света (LUE) и выходом флуоресценции (SIFy). В то время как предыдущие исследования показали, что APAR является доминирующим фактором отношения GPP: SIF, отношение LUE: SIFy остается неясным. Для лучшего понимания взаимосвязи LUE: SIFy мы развернули наземную систему (FluoSpec2) с вихревой ковариационной колонной потока на соевом поле в Среднем Западе США.S. в течение вегетационного периода 2016 г. для одновременного сбора данных SIF и GPP. С помощью измерений, классифицированных по стадиям роста растений, условиям освещения и временным масштабам, мы подтвердили, что сильное положительное соотношение GPP: SIF преобладает над еще более сильным линейным соотношением SIF: APAR. Путем нормализации GPP и SIF с помощью APAR мы обнаружили, что в солнечных условиях наше соевое поле демонстрирует четкую положительную связь SIFy: APAR и слабую отрицательную связь LUE: SIFy, противоположную положительной связи LUE: SIFy, о которой ранее сообщалось в других экосистемах.