в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Синтез углеводов в хлоропластах

Синтез углеводов в хлоропластах сопровождается выделением кислорода при связывании углекислого газа растениями. Хлоропласты – это органоиды внутри клеток, отвечающие за проведения фотосинтеза, имеющие внешнюю и внутренние мембраны. Внутри мембран хлоропластов образуются тилакоиды – отсеки, где формируются углеводы из углекислоты и воды с выделением кислорода.

Хлоропласты относятся к пластидам, которые разделяются по цветам:

Пластиды – это клеточные образования, имеющие структуру и необходимые коммуникации для синтеза углеводов в хлоропластах, получения полисахаридов, белков, триглицеридов и других органических молекул. Они аккумулируют энергию в виде АТФ и НАДФН, проводят активный обмен веществ, ферментативные и окислительно-восстановительные реакции.

Фотосинтез углеводов с выделением кислорода

Процесс синтезирования углеводов в хлоропластах растений происходит круглосуточно. В течение дня солнечная энергия захватывается зелёными хлорофиллами, расположенными в хлоропластах и преобразующими её в химическую. Энергия аккумулируется в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат) и тратится на восстановление электронов НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).

Ночью собранная энергия АТФ используется на транспортировку, захват и синтез углеводов и выделение кислорода. НАДФН с восстановленными рецепторами отвечает за проведение окислительно-восстановительных реакций. В одном хлоропласте из шести молекул углекислоты образуется одна молекула гексозы, являющаяся базовой для дальнейшего синтеза сахаров, полисахаридов и галактолипидов.

Кроме этого, в мембранах образуются триглицериды, аминокислоты и крахмал. Процесс формирования сахарозы заканчивается в цитоплазме. На образование первичной гексозы расходуется 12 молекул АТФ и 18 НАДФН. В мембранах синтезируется аммиак из нитритов и используется при воспроизводстве аминокислот и нуклеотидов.

Инжиниринговое подразделение «Фармконтракт-Синтез» разрабатывает проекты и внедряет технологии биосинтеза углеводов, белков, аминокислот, нуклеиновых кислот и других молекул с помощью высокоточных систем от ведущих производителей оборудования. Мы сами осуществляем все операции без привлечения сторонних организаций и обеспечиваем сервисное обслуживание приборов и комплексов.

Источник

Биология в лицее

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Биосинтез белка создает полимерную молекулу из готовых мономеров – аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки (АТФ).

Биосинтез углеводов идет принципиально иначе. В клетках растений мономеры – моносахариды – образуются из неорганических веществ (углекислого газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, поступающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называют фотосинтезом (от греч. photos – «свет» и synthesis – «соединение»).

Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полисахаридов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений.

Фотосинтез – процесс, чрезвычайно важный для всего живого населения планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигментов ( хлорофилла и других), находящихся в пластидах.

Хлоропласты – это внутриклеточные органоиды (пластиды), которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет. В растительной клетке обычно содержится от 15 до 50 хлоропластов.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Многолетние исследования фотосинтеза показали, что он включает в себя две стадии: световую и темновую.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углеводПервая стадия фотосинтеза – световая. Под действием энергии света молекулы хлорофилла (и других соединений, называемых переносчиками) возбуждаются и теряют электроны. Часть электронов, захваченных ферментами, способствует образованию АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты (Ф) к АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщеплении (разложении) воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Разложение воды происходит внутри хлоропласта.

Образовавшийся при расщеплении воды водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов – окисленный никотинамидаденин-динуклеотидфосфат, или НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ • Н. В такой химической связи запасается энергия, и заканчивается первая стадия фотосинтеза.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Участие энергии света здесь является обязательным условием. Поэтому данную стадию называют еще стадией световых реакций.

Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт при расщеплении воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.

Вторая стадия фотосинтеза – темновая. Здесь используются образовавшиеся в процессе световых реакций продукты. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы – моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО2 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ • Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы (С6Н12О6), из которых путем полимеризации создаются полисахариды – целлюлоза, крахмал, гликоген и другие сложные органические соединения. Поскольку все реакции на этой стадии идут без участия света, ее называют стадией темновых реакций.

Все световые реакции (первая стадия фотосинтеза) происходят на мембранах хлоропласта – в тилакоидах, а темновые (вторая стадия фотосинтеза) – между мембранами внутри хлоропласта – в строме.

Сложный поэтапный процесс фотосинтеза идет непрерывно, пока зеленые клетки получают световую энергию.

На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсивность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти параметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу примерно 1–1,5% энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах. Фотосинтезирующие организмы дают пищу гетеротрофам, а также кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на планете. Установлено, что 21% кислорода в современной атмосфере Земли создан главным образом путем фотосинтеза.

Фотосинтез – уникальный процесс создания зелеными клетками органических веществ из неорганических, притом идущий в огромных масштабах на суше и в воде. Ежегодно растения связывают 1,7 млрд т углерода, образуя при этом более 150 млрд т органического вещества и выделяя около 200 млрд т кислорода.

Фотосинтез – единственный на нашей планете процесс превращения энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Таким способом энергия Солнца, поступившая из космоса, преобразуется и запасается клетками зеленых растений в углеводах, белках и липидах, обеспечивая жизнедеятельность всего гетеротрофного населения живого мира – от бактерий до человека.

Вот почему выдающийся русский ученый–естествоиспытатель К. А. Тимирязев эту роль зеленых растений для жизни на Земле назвал космической.

Источник

Фотосинтез

Типы питания

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Фотосинтез

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2 в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

В течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Фотосинтезом называют процесс преобразования энергии света в энергию химически связей органических соединений с участием хлорофилла. В результате фотосинтеза образуется около 150 млрд тонн органического вещества и приблизительно 200 млрд тонн кислорода ежегодно. Этот процесс обеспечивает круго­ворот углерода в биосфере, не давая накапливаться углекислому газу и препятствуя тем самым возникновению парникового эффекта и перегреву Земли. Образующиеся в результате фотосинтеза органические вещества частично расходуются гетеротрофными организмами, но значительная их часть в течение миллионов лет образовала залежи полезных ископае­мых (каменного и бурого угля, нефти).

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

К. А. Тимирязев (1843–1920) назвал роль фотосинтеза «космической», поскольку он свя­зывает Землю с Солнцем (космосом), обеспечивая приток энергии на планету.

Струк­тур­ной и функ­ци­о­наль­ной еди­ни­цей хло­ро­пла­стов яв­ля­ют­ся ти­ла­ко­и­ды – плос­кие мем­бран­ные ме­шоч­ки, уло­жен­ные в стоп­ки (граны) (рис. 3).

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Рис. 3. Стро­е­ние хло­ро­пла­ста

От­дель­ные граны со­еди­не­ны друг с дру­гом ла­мел­ла­ми.

В мем­бра­нах ти­ла­ко­и­дов рас­по­ло­же­ны осо­бые ком­плек­сы, в ко­то­рые вхо­дит мо­ле­ку­ла хло­ро­фил­ла, а также мо­ле­ку­ла пе­ре­нос­чи­ков элек­тро­нов – ци­то­хро­мов. Мем­бран­ная си­сте­ма – это то место, где про­те­ка­ют све­то­вые ре­ак­ции фо­то­син­те­за.

Стро­ма хло­ро­пла­стов по сво­е­му стро­е­нию на­по­ми­на­ет гель – здесь про­те­ка­ют тем­но­вые ре­ак­ции.

Из­бы­ток уг­ле­во­дов, об­ра­зо­вав­ших­ся в про­цес­се фо­то­син­те­за, за­па­са­ет­ся в виде зерен крах­ма­ла.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Фо­то­син­тез про­ис­хо­дит в две фазы, а имен­но в све­то­вую фазу и тем­но­вую фазу.

Во время све­то­вой фазы про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние энер­гии, ко­то­рая затем рас­хо­ду­ет­ся на тем­но­вые ре­ак­ции. Про­цесс све­то­вой фазы фо­то­син­те­за вклю­ча­ет в себя нецик­ли­че­ское фо­то­фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние и фо­то­лиз воды. В ка­че­стве по­боч­но­го про­дук­та ре­ак­ции в ре­зуль­та­те фо­то­ли­за воды вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род. Ре­ак­ция про­ис­хо­дит на мем­бра­нах ти­ла­ко­и­дов.

Квант крас­но­го света, по­гло­щен­ный хло­ро­фил­лом П680 (фо­то­си­сте­ма ІІ), пе­ре­во­дит элек­трон в воз­буж­ден­ное со­сто­я­ние (рис. 6). Воз­буж­ден­ный све­том элек­трон при­об­ре­та­ет боль­шой запас энер­гии, вслед­ствие чего пе­ре­ме­ща­ет­ся на более вы­со­кий энер­ге­ти­че­ский уро­вень. Такой элек­трон за­хва­ты­ва­ет­ся ак­цеп­то­ром элек­тро­нов Х, пе­ре­ме­ща­ясь с одной сту­пе­ни на дру­гую, то есть от од­но­го ак­цеп­то­ра к дру­го­му, он те­ря­ет энер­гию, ко­то­рая ис­поль­зу­ет­ся для син­те­за АТФ.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Рис. 6. Схема про­цес­сов све­то­вой фазы фо­то­син­те­за

Место вы­шед­ших элек­тро­нов мо­ле­ку­лы хло­ро­фил­ла П680, за­ни­ма­ют элек­тро­ны воды, так как вода под дей­стви­ем света под­вер­га­ет­ся фо­то­ли­зу, где в ка­че­стве по­боч­но­го про­дук­та об­ра­зу­ет­ся кис­ло­род. Фо­то­лиз про­ис­хо­дит в по­ло­сти ти­ла­ко­и­да (рис. 7).

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Рис. 7. Фо­то­лиз воды

В фо­то­си­сте­ме І воз­буж­ден­ные элек­тро­ны под дей­стви­ем фо­то­на света также пе­ре­хо­дят на более вы­со­кий уро­вень и за­хва­ты­ва­ют­ся ак­цеп­то­ром Y. В конце кон­цов, элек­тро­ны до­хо­дят от Y до пе­ре­нос­чи­ка – НАДФ, и, вза­и­мо­дей­ствуя с иона­ми во­до­ро­да, вы­де­лен­ны­ми при фо­то­ли­зе воды, об­ра­зу­ют вос­ста­нов­лен­ный НАДФН. НАДФ рас­шиф­ро­вы­ва­ет­ся как – ни­ко­ти­на­ми­да­де­нин­ди­нук­лео­ти­дфос­фат.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Рис. 8. Вза­и­мо­дей­ствие фо­то­си­сте­мы I и фо­то­си­сте­мы II

Место вы­шед­ших элек­тро­нов в мо­ле­ку­ле П700 за­ни­ма­ют элек­тро­ны, по­лу­чен­ные от фо­то­си­сте­мы II П680 (рис. 8). Таким об­ра­зом, на свету элек­тро­ны пе­ре­ме­ща­ют­ся от воды к фо­то­си­сте­мам II и I, и затем к НАДФ. Такой од­но­на­прав­лен­ный поток элек­тро­нов носит на­зва­ние нецик­ли­че­ско­го по­то­ка элек­тро­нов, а об­ра­зо­ва­ние АТФ, ко­то­рое при этом про­ис­хо­дит, носит на­зва­ние нецик­ли­че­ско­го фо­то­фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния. Таким об­ра­зом, в све­то­вой фазе об­ра­зу­ют­ся АТФ и вос­ста­нов­лен­ный НАДФ, бо­га­тые энер­ги­ей, и в ка­че­стве по­боч­но­го про­дук­та ре­ак­ции вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род.

Тем­но­вая фаза фо­то­син­те­за. Если све­то­вая фаза про­те­ка­ет толь­ко на свету, то тем­но­вая фаза не за­ви­сит от света. Тем­но­вая фаза про­те­ка­ет в стро­ме хло­ро­пла­стов, куда пе­ре­но­сят­ся бо­га­тые энер­ги­ей со­еди­не­ния, а имен­но АТФ и вос­ста­нов­лен­ный НАДФ, кроме этого, туда же по­сту­па­ет уг­ле­кис­лый газ в ка­че­стве ис­точ­ни­ка уг­ле­во­дов, ко­то­рый бе­рет­ся из воз­ду­ха и по­сту­па­ет в рас­те­ния через устьи­ца. В ре­ак­ци­ях тем­но­вой фазы уг­ле­кис­лый газ вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся до глю­ко­зы с по­мо­щью энер­гии, за­па­сен­ной мо­ле­ку­ла­ми АТФ и НАДФ.

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

Пер­вая ста­дия фо­то­син­те­за – све­то­вая – про­ис­хо­дит на мем­бра­нах хло­ро­пла­ста в ти­ла­ко­и­дах.

Вто­рая ста­дия фо­то­син­те­за – тем­но­вая – про­те­ка­ет внут­ри хло­ро­пла­ста, в стро­ме.

Сум­мар­ное урав­не­ние фо­то­син­те­за вы­гля­дит сле­ду­ю­щим об­ра­зом. При вза­и­мо­дей­ствии 6 мо­ле­кул уг­ле­кис­ло­го газа и 6 мо­ле­кул воды об­ра­зу­ет­ся одна мо­ле­ку­ла глю­ко­зы и вы­де­ля­ет­ся шесть мо­ле­кул кис­ло­ро­да. Этот про­цесс про­те­ка­ет на свету в хло­ро­пла­стах у выс­ших рас­те­ний.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Таким об­ра­зом, фо­то­син­тез – про­цесс пре­вра­ще­ния ве­ще­ства и энер­гии.

Источник

Энергетическое обеспечение клетки. Фотосинтез

Разделы: Биология

Задачи урока: сформировать знания о фотосинтезе как пластическом обмене веществ у растений, о световой фазе фотосинтеза, механизмах использования энергии света в гранах хлоропластов, расщепления воды, образования кислорода, АТФ, о темновой фазе фотосинтеза, восстановлении углекислого газа до углевода. Проконтролировать первичное усвоение знаний с помощью дидактических материалов.

Оборудование: таблицы по общей биологии (вып. 2), схема “Процесс фотосинтеза”, карточки с заданиями.

Учитель: На прошлых уроках мы закончили изучение химического состава и строения клетки. Сегодня начинаем новую интересную, непростую тему. О фотосинтезе же мы будем говорить и на следующем уроке. Желающие, подготовьте небольшие сообщения (5 мин.) по следующим темам:

1. История изучения фотосинтеза.
2. Космическая роль зеленых растений.
3. Управление продуктивностью процесса фотосинтеза.
4. Хемосинтез.

Раздаются листочки с перечисленными выше темами докладов. Остальные записывают домашнее задание § 10 (“Общая биология”. 10-11 класс. Под ред. Д.К. Беляева и А.О. Рувинского).

Учитель: Энергию можно определить, как способность совершать работу. По закону сохранения энергии – энергия не создается и не уничтожается, а только взаимопревращается. За счет чего же клетка может совершать различного вида работу: химический синтез веществ, необходимый для восстановления и роста тканей, активный транспорт веществ через мембраны, проведение нервных импульсов и др.?
Источником энергии почти для всех этих видов активности служат питательные вещества – органические молекулы, в которых содержится химическая энергия, запасенная в связях между их атомами. При разрыве связей эта энергия может высвободиться. При этом она аккумулируется в форме АТФ (“макроэнергетические связи”) и в этой форме используется затем для выполнения различной работы в клетке.

– Вспомним, какие особенности строения АТФ делают ее “разменной монетой” экономики клетки? (Две макроэнергетические связи. Во время разрыва одной из них высвобождается гораздо больше энергии – около 40 кДж/моль, чем при разрыве любых других ковалентных связей – 12 кДж/моль)

Итак, органические вещества – источники энергии для жизнедеятельности клетки. А где берут их организмы? Все организмы по источникам получения органических веществ делятся на 2 группы:

Сегодня нас интересует только “большинство” среди автотрофов – растения, а о бактериях мы поговорим на следующем уроке.
Первичные поставщики органических веществ – автотрофы-растения. Используя энергию солнечного света, они строят сложные органические соединения из CO2 и H2O, т.е. фотосинтезируют.
Фотосинтез – процесс образования углеводов из неорганических веществ – CO2 и H2O при использовании энергии солнечного света.

Общее уравнение фотосинтеза:

В ходе этого процесса из веществ, бедных энергией – углекислого газа и воды – образуется углевод глюкоза (C6H12O6) – богатое энергией вещество, кроме того образуется также молекулярный кислород.
Очень образно описал это явление русский ученый, физиолог растений – К.А. Тимирязев: “Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений”. (Климент Аркадьевич – не первый, кто заинтересовался ролью зеленого листа, но он первый обобщил все данные о фотосинтезе, которые были известны в науке к началу XX века и сформулировал научное понятие этого процесса в книге “Жизнь растений”).
Суммарное уравнение отражает только количественные соотношения участвующих в фотосинтезе реагентов и его конечных продуктов, но не химическую природу этого явления. Общее уравнение удалось выяснить ученым к концу XIX века, а химическая природа выяснена в середине XX-го. Хотя все сложности этого процесса до конца не ясны и сегодня.
Сейчас известно о фотосинтезе, что это длинная и сложная цепь реакций, протекающих в хлоропластах при участии большого количества ферментов. Чтобы эти реакции шли, они должны быть разделены в пространстве.

– Вспомните, какое строение имеют хлоропласты (§ 8, рис. 16), как их строение соответствует выполняемой ими функции? (Диск, две мембраны, загибами внутренней мембраны образованы мешочки-тилакоиды, уложенные в стопки-граны. В мембраны тилакоидов встроены молекулы хлорофилла, он и улавливает энергию света; в тилакоидах происходит превращение световой энергии в химическую энергию АТФ).

Главное вещество фотосинтеза – зелёный пигмент – хлорофилл. Это сложное органическое вещество, в центре которого находится атом магния. Хлорофилл находится в мембранах тилакоидов гран, из-за чего хлоропласты приобретают зелёный цвет, а благодаря хлоропластам и остальная часть клетки и весь лист становятся зелёными. Остальные структуры клетки – бесцветны.

Ну, а почему сам хлорофилл кажется нам зелёным? А потому, что он поглощает лучи в красной и синей областях спектра и отражает зелёные лучи, которые и воспринимаются нашим глазом.

По современным данным фотосинтез включает два типа реакций: световые (светозависимые) и темновые (не зависящие от света). Световые реакции территориально привязаны к пространству, ограниченному тилакоидами. Темновые проходят в строме хлоропласта.

Ознакомимся с химизмом фотосинтеза по схеме “Процесс фотосинтеза”.

Но сначала по общему уравнению предположим логику происходящего процесса.

– Чем отличаются атомарные составы CO2 и углеводов? – В глюкозе есть атомы водорода. Значит, фотосинтез должен включать реакции восстановления молекул СО2 до молекул глюкозы, для чего необходима энергия.

в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Смотреть картинку в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Картинка про в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод. Фото в течении какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод

Световая фаза.

Её смысл – превратить световую энергию солнца в химическую энергию молекул АТФ и других молекул, богатых энергией. Эти реакции протекают непрерывно, но их легче изучать, разделив на три стадии:

1. а) Свет, попадая на хлорофилл, сообщает ему достаточно энергии для того, чтобы от молекулы мог оторваться один электрон; б) электроны захватываются белками-переносчиками, встроенными, наряду с хлорофиллом, в мембраны тилакоида и выносятся на сторону мембраны, обращённую в строму; в) в строме всегда есть вещество, являющееся переносчиком водорода, по своей природе оно является динуклеотидом и называется сокращённо НАДФ + – окисленная форма (никотин–амид–аденин–динуклеотид–фосфат). Это соединение захватывает возбуждённые светом e и протоны, которые всегда есть в строме, и восстанавливается, превращаясь в НАДФ·H2.

2. Молекулы воды разлагаются под действием света (фотолиз воды): образуются электроны, Н + и O2. Электроны замещают e, утраченные хлорофиллом на стадии 1. Протоны пополняют протонный резервуар, который будет использоваться на стадии 3. Кислород выходит за пределы клетки в атмосферу.

3. Протоны, накапливаясь внутри тилакоида, образуют положительно заряженное электрическое поле. Со стороны, обращённой в строму, мембрана заряжена отрицательно. Постепенно разность потенциалов по обе стороны мембраны возрастает и, когда она достигает критической величины (? 200 милливольт), открывается пора в ферменте, встроенном в мембрану тилакоида (фермент называется АТФ-синтетаза). Протоны устремляются по протонному каналу в ферменте наружу – в строму. На выходе из протонного канала создаётся высокий уровень энергии, который идёт на синтез АТФ (АДФ + Фн > АТФ). Образовавшиеся молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях образования углеводов.

Итак, результат световой фазы – образование молекул, богатых энергией АТФ и НАДФ·H2, и побочного продукта – O2?.

Темновая фаза.

Эта фаза проходит в строме хлоропласта, куда поступает CO2 из воздуха, а также продукты световой фазы АТФ и НАДФ·H2. Здесь эти соединения используются в серии реакций, “фиксирующих” CO2 в форме углеводов. Проследим по схеме: CO2 присоединяется к пятиуглеродному сахару (рибулёзодифосфату), который есть в строме. Образующаяся при этом шестиуглеродная молекула нестабильна и сразу расщепляется на две трёхуглеродные молекулы, каждая из которых присоединяет фосфатную группу от АТФ. Обогащённая энергией молекула становится способной присоединить водород от переносчика НАДФ·H2. На пятом этапе судьба трёхуглеродных молекул может быть различной: одни из них соединяются друг с другом и образуют шестиуглеродные молекулы, например, глюкозы, а те дальше объединяются в сахарозу, крахмал, целлюлозу и другие вещества. Другие трёхуглеродные молекулы используются для синтеза аминокислот, присоединяя азотсодержащие группы. Наконец, третьи вовлекаются в длинный ряд реакций, основной результат которых сводится к превращению пяти трёхуглеродных молекул в три пятиуглеродные молекулы рибулёзодифосфата. Он снова присоединяет углекислый газ, увеличивая общее количество фиксированного углерода в растении. Иными словами, процесс представляет собой цикл Кальвина (Нобелевская премия 1961 г).

Для создания одной молекулы глюкозы цикл должен повториться шесть раз: при этом всякий раз к запасу фиксированного углерода в растении прибавляется по одному атому углерода из CO2.

АДФ, Фн и НАДФ + из цикла Кальвина возвращаются на поверхность мембран и снова превращаются в АТФ и НАДФ·H2.

В дневное время, пока светит солнце, в хлоропластах не прекращается активное движение этих молекул: они снуют туда и сюда, как челноки, соединяя два независимых ряда реакций. Этих молекул в хлоропластах немного, поэтому АТФ и НАДФ·H2, образовавшиеся днём, на свету, после захода солнца быстро расходуются в реакциях фиксации углерода. Затем фотосинтез прекращается до рассвета. С восходом солнца вновь начинается синтез АТФ и НАДФ·H2, а вскоре возобновляется и фиксация углерода.

Итак, в результате фотосинтеза происходит превращение световой энергии в энергию химических связей в молекулах органических веществ. А растения, таким образом, являются посредниками между Космосом и жизнью на Земле”.

Процессы, происходящие в этой фазе

Результаты процессовСветовая фазаI. а) хлорофилл –––(свет)–––> хлорофилл * + e

б) e + белки-переносчики ––> на наружную поверхность мембраны тилакоида

в) НАДФ + + 2H + + 4 e –––> НАДФ·H2Образование НАДФ·H2II. Фотолиз воды

H + –––> в протонный резервуар тилакоида

e + хлорофилл * –––> хлорофиллO2 – в атмосферу

III. H + протонного резервуара – источник энергии, необходимой АТФ фазе для синтеза АТФ из АДФ +ФН

Образование АТФТемновая фазаСвязывание CO2 с пятиуглеродным сахаром рибулёзодифосфатом при использовании АТФ и НАДФ·H2Образование глюкозы

(Для проверки усвоения материала лекции предлагаю учащимся выполнить задания №№ 1 – 10. Ответы: №1–в, №2–а, №3–б, №4–б, №5–а, №6–б, №7–б; №8 – [А]: б, д, з, [Г]: а, в, г, е, ж; №9 – а) 2; б) 1, 3; в) 4; №10 – I (а, в, д, е, ж); II (б, г)).

Задания к теме “Фотосинтез”.

1. В каких органеллах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?

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

2. Какие лучи спектра поглощает хлорофилл?

а) красные и фиолетовые,
б) зеленые и желтые.

3. При расщеплении какого соединения выделяется свободный кислород при фотосинтезе?

4. На какой стадии фотосинтеза образуется свободный кислород?

5. Что происходит с АТФ в течение световой стадии?

6. В течение какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод?

7. Расщепляется ли молекула CO2 при синтезе углеводов?

8. Распределите буквы, относящиеся к перечисленным ниже организмам в двух столбцах:

а) человек,
б) ромашка,
в) кишечная палочка,
г) мышь,
д) зверобой,
е) сойка,
ж) инфузория,
з) картофель

9. Подставив цифры к буквам, укажите в какой части хлоропласта (буквы справа) локализуются перечисленные слева вещества или процессы.

1. хлорофилла) строма
2. ферменты, катализирующие реакции фиксации углеродаб) фотосинтетические мембраны
3. синтез АТФв) внутреннее пространство тилакоидов
4. H + – резервуар

10. Перечислите наиболее важные процессы световой (I) и темновой (II) фаз фотосинтеза, подставив подходящие буквы к цифрам I и II.

а) возбуждение электронов хлорофилла,
б) связывание рибулёзодифосфата с углекислым газом,
в) синтез молекул АТФ,
г) синтез глюкозы,
д) фотолиз воды,
е) образование свободного кислорода,
ж) образование атомов водорода в форме НАДФ·H2.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *