Презентация "Фотосинтез"

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

Фотосинтез

Преподаватель Смирнова З. М.

Пластический обмен – (ассимиляция, анаболизм) – совокупность реакций, обеспечивающих синтез органических соединений в клетке (фотосинтез, биосинтез белков).

При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).  

Пластический обмен

Автотрофные организмы – способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя для этого энергию солнца (фотосинтез) или энергию химических связей (хемосинтез)

Миксотрофные организмы –

питающиеся в 

зависимости от 

условий среды

(освещенности и др.) автотрофно или 

гетеротрофно 

(эвглена, многие 

сине-зеленые

водоросли,

растения-паразиты и др.).

Гетеротрофные организмы (животные) нуждаются в поступлении готовых органических веществ

Фотосинтез – это процесс образования из углекислого газа и воды органических веществ и высвобождения молекулярного кислорода, процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей органических соединений.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

6 CO 2 + 6 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 ↑

Хлоропласты – внутриклеточные органоиды (пластиды) растений, в которых осуществляется фотосинтез;

Встречаются в клетках различных тканей надземных органов растений, особенно хорошо развиты в листьях; Благодаря хлорофиллу окрашены в зелёный цвет.

Строение хлоропласта

Строма

Наружная

мембрана

Тилакоид

Грана

Внутренняя мембрана

• Хлорофилл, зеленый пигмент растений.
• Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение – порфирин, содержащий центральный атом Mg и длинную углеводородная цепь, которая закрепляет молекулу в мембранах хлоропласта.

• Существует несколько модификаций хлорофиллов

(а, b, с, d), отличающихся строением, а

следовательно, и спектрами поглощения.

• Хлорофилл а – основной пигмент (у всех растений и оксифотобактерий) .

• Дополнительные пигменты:

– хлорофилл b (у всех высших растений, зеленых и эвгленовых водорослей);

– хлорофилл с (у бурых и диатомовых водорослей , диатомовых водорослей);

– хлорофилл d (у багрянок).

Хлорофилл поглощает преимущественно  сине-фиолетовый, частично – красный свет из солнечного спектра (отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску).

Хлорофилл а

Хлорофилл b

Молекулы хлорофилла и каротиноиды в мембранах тилакоидов организованы в светособирающие комплексы – фотосистемы I и II.

Устройство фотосистем таково, что из всех этих молекул, способных поглощать свет, только молекулы хлорофиллов

P700 и P680, поглощающие свет с длиной волны 700 и 680 нм соответственно, могут использовать энергию света в фотохимических реакциях – они являются реакционными центрами фотосистем. Остальные молекулы пигментов (антенны), поглощая свет, передают его энергию на реакционный центр;

Характерен для фотосинтезирующих бактерий (Подцарство Настоящие бактерии).

Фотосинтезирующим пигментом является бактериохлорофилл.

Кислород при этом типе фотосинтеза не выделяется.

Характерен для всех оксифотобактерий и зеленых растений. Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах содержащих хлорофилл.

Кислород выделяется.

У фотосинтезирующих бактерий – фотосистема I . Только фотосистема II может разлагать воду с выделением кислорода и отбирать электроны у водорода воды.

Протекает в тилакоидах хлоропластов

Протекает в строме хлоропластов

Идет за счет энергии АТФ и НАДФ ∙ H 2 , которые образовалась в световой фазе. Суть процесса: включение CO 2 в образование органических веществ.

Преобразование энергии света в энергию химических связей АТФ и НАДФ·Н2 . Идет в фотосинтетических мембранах.

• Световая фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента – АТФ-синтетазы.

• Свет, попадая на молекулы хлорофилла, которые находятся в мембранах тилакоидов гран, приводят их в возбужденное состояние. В результате чего электроны покидают свои орбиты:

хлорофилл + свет → хлорофилл + + e -

• Электроны переправляются с помощью переносчиков за пределы мембраны тилакоида, где и накапливаются, создавая отрицательно заряженное электрическое поле:

e - + белки-переносчики → на наружную мембрану тилакоида

• Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Вода под действием света подвергается фотолизу:

H 2 O + Q света  ОН - + H + ;

• Ионы гидроксила (ОH - ) отдают свои электроны (e - ) молекулам хлорофилла, утратившим свои e - ,

и превращается в реакционноспособные радикалы • ОН:

ОН -  → • ОН + е -

Cвободные радикалы гидроксила взаимодействуют друг с другом:

4НО • → H 2 O + O 2 ↑

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду

• Протоны H + не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, образуя положительно заряженное электрическое поле, что приводит к увеличению разности потенциалов по обе стороны мембраны.
• При достижении критической разности потенциалов (200 мВ) протоны H + устремляются по протонному каналу в ферменте АТФ-синтетазе, встроенного в мембрану тилакоида, наружу. На выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ: (АДФ + Ф  АТФ)

Образовавшиеся АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода.

Протоны H + , вышедшие на поверхность мембраны тилакоида наружу, соединяются с электронами, образуя атомарный водород H 0 , который идет на восстановление переносчика НАДФ + :

2H + + 2e - + НАДФ +  НАДФ ∙ H 2

Таким образом, активированный световой энергией электрон хлорофилла используется для присоединения водорода к переносчику.

НАДФ ∙ H 2 переходит в строму хлоропласта, где участвует в реакциях фиксации углерода.

Общее уравнение световой фазы:

2H 2 O  4H +  + 4e -  + O 2 ↑ ­

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами:

• синтезом АТФ;
• образованием НАДФ·Н 2 ;
• образованием кислорода.

Кислород диффундирует в атмосферу.

АТФ и НАДФ·Н 2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы

Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте.

Эта фаза протекает в строме хлоропласта, куда поступают АТФ, НАДФ·Н 2 от тилакоидов гран и CO 2

из воздуха. Кроме того, там постоянно находятся пятиуглеродные соединения – пентозы С 5 , которые образуются в цикле Кальвина.

• К пентозе С 5 присоединяется CO 2 , в результате чего появляется нестойкое шестиуглеродное соединение С 6, которое расщепляется на две трехуглеродные группы 2С 3 – триозы.
• Каждая из триоз 2С 3 принимает по одной фосфатной группе от двух АТФ, что обогащает молекулы энергией.
• Каждая из триоз 2С 3 присоединяет по одному атому водорода от двух НАДФ·Н 2
• После чего одни триозы объединяются , образуя углеводы:

2С 3  С 6  C 6 H 12 O 6 (глюкоза)  (C 6 H 10 O 5 ) n (крахмал)

• Другие триозы объединяются, образуя пентозы:

5С 3  3С 5

И вновь включаются в цикл фиксации СО 2

6СО 2  + 24Н +  + АТФ → С 6 Н 12 О 6  + 6Н 2 О

1911-1997

Мелвин Калвин

1911-1997

Световая фаза

Место протекания  

процессов

Темновая фаза

Условия

Мембраны тилакоидов

Строма

хлоропласта

Свет

Необходимые вещества

Процессы,  

происходящие на  данном этапе

Вода

Наличие света не обязательно

Углекислый газ,

АТФ, НАДФ ∙ H 2

  Образуются вещества

Фотолиз воды,

фосфорилирование (образование АТФ)

Цикл Кальвина

Кислород (удаляется в атмосферу),

АТФ, НАДФ ∙ H 2

Общее уравнение

Глюкоза,  крахмал

2H 2 O 

4H +  + 4e -  + O 2 ↑ ­

6СО 2  + 24Н +  + АТФ → С 6 Н 12 О 6  + 6Н 2 О

Суммарное уравнение двух этапов фотосинтеза:

6СО 2  + 6Н 2 О + Q света  → С 6 Н 12 О 6  + 6О 2 ↑

Выдающийся русский ученый

К. А. Тимирязев (1843-1920)

роль зеленых растений на Земле назвал  космической .

Значение фотосинтеза

• Преобразование световой энергии в химическую;
• Выделение в атмосферу кислорода;
• Контроль за содержанием углекислого газа в атмосфере;
• Образование органических веществ;
• Образование озонового слоя.

Синтез органических соединений из углекислого газа и воды, осуществляемый не за счет энергии света, а за счет энергии окисления неорганических веществ, называется хемосинтезом.

К хемосинтезирующим организмам относятся некоторые виды бактерий:

• нитрифицирующие бактерии, окисляют аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты:

NH 3  → HNO 2  → HNO 3 ;

• железобактерии окисляют закисное железо в окисное: Fe 2+ → Fe 3+ + энергия;
• серобактерии окисляют сероводород до серы или до серной кислоты:

(H 2 S + ½O 2  → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2  → H 2 SO 4 )

Хемосинтезирующие бактерии обеспечивая круговорот

азота, серы и других элементов.