Климент Аркадьевич Тимирязев

• •

К. А. Тимирязев писал: «Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, солнечного свет 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 смеётесь». О чём говорил учёный?

• Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.

• Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных, в виде топлива и строительных материалов.

• Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90-95% сухого веса урожая. Остальные 5-10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы.

Как в курсе ботаники 6 класса определяется процесс фотосинтеза?

Фотосинтез

– это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений.

С точки зрения современной науки процесс

фотосинтеза – это совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии световых квантов в различных эндергонических (т.е. с затратой энергии) реакциях.

• Автотрофные – организмы, которые способны из неорганических веществ синтезировать органические соединения.

Автотрофные Организмы Фотоавтотрофные Хемоавтотрофные

Опыты по изучению фотосинтеза

• Ван Гельмонт Ян Баптист,

голландский естествоиспытатель

• Древнегреческий ученый и философ Аристотель учил, что растение – это животное, поставленное на голову: органы размножения у него на верху, а голова – внизу. С помощью корней, играющих роль рта, растение и извлекает из земли совершенно готовую пищу. Проверить предположение Аристотеля решил Ван Гельмонт. Он знал, что растениям нужна и почва, и вода, но что же важнее? Из чего растение строит свое тело? Гельмонт посадил в горшок ветку ивы. И ветку, и землю он предварительно взвесил. Растение поливал только дождевой водой, а землю закрывал крышкой. Через пять лет Гельмонт взвесил выросшее растение и высушенную землю из горшка. Растение стало тяжелее на 164 фунта и 3 унции (примерно 65,3 кг), а земля потеряла в весе всего лишь 2 унции (60 г). Из этого опыта

ученый сделал вывод, что основным источником пищи для растений является вода. Так возникла водная

теория питания растений. Многие ученые повторяли этот опыт и поддерживали эту теорию, хотя она была совершенно неверная.

• Английский

химик

Джозеф Пристли

Пристли искал способ очистки воздуха, испорченного горением и дыханием людей и животных.

ШЕЕЛЕ, КАРЛ ВИЛЬГЕЛЬМ • Шведский исследователь Карл

Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в свое свободное время – в основном по ночам. Но у него получилось, что растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения и дыхания. На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал повторять опыты, и тут стало все непонятно. Растения то улучшали воздух, то нет. Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили при каких внешних условиях растения очищают и портят воздух

Ян Ингенха уз

нидерл Личный врач австрийскойимператрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На свету из растения выделялись пузырьки газа. он собрал газ и проверил – это был чистейший кислород. Но оказалось, что только на свету, причём незелённые части растений пузырьков не выделяют. • Вывод:растения улучшают

воздух только на свету.

•

Учёный установил роль отдельных частей солнечного спектра в процессе фотосинтеза (хлорофилл поглощает только квант красного света).

Что для фотосинтеза необходимо?

1. Хлорофилл(в мембране тилакоидов).

2. Ферменты восстанавливающие СО2 до глюкозы(в строме хлоропласта).

3. Фотосинтезирующие структуры(в гранах

).

4. НАДФ никотинамидадениндинуклеотидфосфат.

5. Акцептор ē и Н (переносчик).

Строение хлоропласта.

• Процесс фотосинтеза локализован в хлоропластах. • Хлоропласты (зеленые пластиды).

• Их цвет зависит от наличия хлорофилла.

• Размер: 3-4 до 16-20 мкм.

• Количество – 40 – 60 в клетке.

• Участвуют в поглощении световой энергии.

• наружная мембрана, • внутренняя мембрана, • строма, • грана, • тилакоид, • рибосомы, • ДНК, • зерна крахмала.

Процесс фотосинтеза состоит из двух последовательных

•

Световая фаза

фотосинтеза происходит только на свету в мембране гран при участии хлорофилла, белков переносчиков и АТФ-синтетазы. • Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО2, поступающего из воздуха.

• 1 этап.

Поглощение фотонов Е солнца.

• Квант красного света, поглощённый хлорофиллом, переводит электрон в возбуждённое состояние. Возбуждённый светом электрон приобретает большой запас Е, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Он передвигается по цепи сложных органических веществ, встроенных в хлоропласт. свет

ХЛ → ХЛ+ē

Перемещаясь с одной ступени на другую, ē теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ

АДФ→АТФ

2 этап.

Расщепление воды под действием света(фотолиз).

4Н2О →4ОН+ 4Н

Ионы ОН объединяются, образуя Н2О и свободный кислород.

4ОН→2Н2О+ О2

• Протоны водорода (Н )образовавшиеся

при фотолизе воды, не могут проникнуть через мембрану граны и накапливаются внутри нее, создавая и пополняя Н резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны граны заряжается положительно (за счет Н ), а наружная — отрицательно (за счет ē).

3 этап. Процесс химио-осмоса.

• Место: канал АТФ- синтетаза в мембране

тилакоида.

Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление специфического переносчика НАДФ

2Н +4ē+НАДФ →НАДФ•Н2

•

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ • Н2. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ • Н2 транспортируются в строму пластид и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза

•

Место: строма.

Происходит карбоксилирование пятиугольного сахара рибулёзобифосфата в глюкозу.

6 СО

2

+24 Н+ 18АТФ→ С

6

Н1

2

О

6

+6 Н2О

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растительные, а точнее — хлорофиллсодержащие, клетки обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Сравнение фаз фотосинтеза

Параметры сравнения Световая фаза Темновая фаза Место реакции в хлоропластах Условия реакции Исходные вещества Продукты реакции Источник энергии

Все ли растения способны к фотосинтезу?

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula

Раффлезия