Фотосинтез. Фази фотосинтезу
Фотосинтез
Що це таке?
Скільки фаз та етапів?
Які умови?
Яким організмам властивий?
Фотосинтез відноситься до пластичного чи енергетичного обміну?
Які пігменти беруть участь в процесі?
Фотосинтез забезпечує біосферу киснем і органічними сполуками, що використовуються живими істотами �у якості їжі
Тривалий час життя існувало
у безкисневому середовищі
Поява кисню призвела до екологічної катастрофи, оскільки цей газ отруйний для анаеробних організмів, що домінували на той час. Зміна складу атмосфери призвела до масового вимирання видів.
Проте ця екологічна катастрофа створила передумови для розвитку енергетично вигіднішого кисневого метаболізму живих організмів і розквіту життя в наступні епохи
Першими мікроорганізмами, які почали виробляти кисень
2,5 млрд років тому шляхом фотосинтезу,
були океанічні ціанобактерії
Фотосинтез – складний хімічний процес перетворення енергії сонячного світла у енергію хімічних зв’язків �органічних сполук за участю фотосинтетичних пігментів
У хлоропластах вищих рослин
і водоростей наявний пігмент хлорофіл
Одноклітинна
зелена водорість
Netrium desmid
Хлоропласти
гороху посівного
Зелені сірчані бактерії
Фотосинтезуючі бактерії
містять пігмент
бактеріохлорофіл
У археїв наявний
бактеріородопсин
СО2
Н2О
С6Н12О6
О2
Для фотосинтезу необхідно:
- вуглекислий газ
- вода
- сонячне світло
- фотосинтетичні пігменти
Фотосинтез складається
з двох стадій:
- світлова – відбувається на мембранах тилакоїдів, на світлі, постачає наступну стадію
енергією і Гідрогеном;
- темнова – відбувається у стромі хлоропласта, не потребує світла, синтезує вуглеводи
Хлоропласти
зовнішня мембрана
внутрішня мембрана
строма
ламела
тилакоїд
грана
(стопка з тилакоїдів)
Хлоропласти - двомембранні органели клітин,
у яких відбувається фотосинтез
Будова молекули хлорофілу
Молекула хлорофілу здатна вибірково погинати енергію світла, запасати її та перетворювати на хімічну енергію сполук
Хлорофіл разом із іншими пігментами зібрані функціональні одиниці – фотосистеми. У складі фотосистеми - 250-400 молекул
реакційний центр фотосистеми
молекула хлорофілу
акцептор
комплекс пігментів,
що поглинає світло
транспортування
енергії
світло
Хлорофіл хлорофіл + е
+
-
Типи фотосистем:
- фотосистема І – Р700
- фотосистема ІІ – Р680
Етапи фотосинтезу
І Світлова фаза
1.Уловлювання світлової енергії
2.Перетворення її на енергію хімічних зв’язків
ІІ Темнова фаза
3.Запасання цієї енергії шляхом синтезу вуглеводів
Світлова фаза фотосинтезу
світло
Фотосистема ІІ
Світлова фаза фотосинтезу
2. Збуджені електрони переносяться на молекули-носії всередині тилакоїдної мембрани, втрачаючи енергію.
3. Протони Гідрогену перекачуються зі строми хлоропласта у люмен тилакоїда.
Фотосистема ІІ
Світлова фаза фотосинтезу
Фотосистема ІІ
4. «Вибитий» із хлорофілу електрон замінюється
електроном від води в результаті фотолізу.
5. Протони Гідрогену створюють градієнт концентрації у люмені тилакоїда.
Світлова фаза фотосинтезу
Фотосистема ІІ
5. Протони Гідрогену повертаються у строму через АТФ-синтазу.
6. АТФ-синтаза використовує їхнє проходження синтезу АТФ (з АДФ + Ф) – цей процес носить назву фотофосфорилювання.
АТФ-синтаза
Світлова фаза фотосинтезу
світло
Фотосистема І
7. Фотосистема І теж поглинає світлову енергію, яка так само передається
пігментами, поки не досягне молекули хлорофілу. Молекула теж втрачає
електрон, що переходить на вищий енергетичний рівень.
Світлова фаза фотосинтезу
світло
Фотосистема І
8. Енергія електронів з фотосистеми I використовуються для відновлення НАДФ +.
9. Утворюється НАДФН2 - який необхідний (спільно з АТФ) для незалежних від світла реакцій.
Світлова фаза фотосинтезу
світло
Фотосистема І
10. Електрони, втрачені з фотосистемою І, замінюються електронами з фотосистеми II, що пройшли ланцюгом і повернулись на свій початковий енергетичний рівень.
Світлова фаза фотосинтезу
Результати світлової фази фотосинтезу:
- фотоліз води, у результаті чого утворюються електрони, протони Гідрогену і кисень, що є побічним продуктом;
- утворення АТФ в процесі фотофосфорилювання;
- відновлення НАДФ + до НАДФН.
Рівняння світлової фази фотосинтезу:
12Н2О + 12 НАДФ + + 18 АДФ + 18 Ф 6О2 + 12 НАДФН2 + 18 АТФ
Темнова фаза фотосинтезу
У темновій фазі використовується АТФ і НАДФН2, що утворились
у світловій фазі, а також Карбон із вуглекислого газу, який надходить через продихи листків і зелені стебла.
Відновлення Карбону відбувається протягом
реакцій циклу Кальвіна
Мелвін Кальвін - Лауреат Нобелівської премії з хімії (1961 рік)
Темнова фаза фотосинтезу
РиБФ
6
6
х 12
ФГ
12
12
12 Ф
12
12
12Н
6
6
12
6Ф
2
ТФ
ТФ
Два обороти циклу
Темнова фаза фотосинтезу
РиБФ
6
6
х 12
ФГ
12
12
12 Ф
12
12
12Н
6
6
12
6Ф
2
ТФ
ТФ
3.Фосфогліцерат ФГ перетворюється в тріозофосфатТФ –
перший вуглевод (3С) - за допомогою НАДФH2 і AТФ.
Два обороти циклу
РиБФ
6
6
х 12
ФГ
12
12
12 Ф
12
12
12Н
6
6
12
6Ф
2
ТФ
ТФ
Темнова фаза фотосинтезу
4. Із 12 молекул тріозофосфату ТФ 10 залишаються у циклі, регенерують
у 6 молекул рибулозобісфосфату РиБФ, а 2 молекули виходять із циклу
і перетворюються на глюкозу та інші органічні сполуки.
Два обороти циклу
Темнова фаза фотосинтезу
Результати темнової фази фотосинтезу:
використання енергії АТФ, відновлених НАДФН2 та молекул вуглекислого газу для утворення глюкози і інших сполук
Рівняння темнової фази фотосинтезу:
6СО2 + 12 НАДФН2 + 18 АТФ С6Н12О6 + 12 НАДФ + + 18 АДФ + 18 Ф + 6 Н2О
Загальне рівняння фотосинтезу:
6СО2 + 6 Н2О С6Н12О6 + О2
Хемосинтез
Хемосинтез - це процес синтезу органічних речовин з вуглекислого газу
за рахунок енергії окиснення аміаку, сірководню й інших речовин,
який здійснюється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності
С.М.Виноградський відкрив хемосинтез,
вперше показав можливість отримання енергії
за рахунок окиснення сірководню
- нітрифікуючі бактерії (окиснюють
амоніак спочатку до нітритів,
а згодом — до нітратів
Nitrosomonas europaea
Процес хемосинтезу здійснюють
хемоавтотрофні бактерії:
Хемосинтез
Хемосинтез - це процес синтезу органічних речовин з вуглекислого газу
за рахунок енергії окиснення аміаку, сірководню й інших речовин,
який здійснюється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності
Процес хемосинтезу здійснюють
хемоавтотрофні бактерії:
Thiosphaera pantotropha
С.М.Виноградський відкрив хемосинтез,
вперше показав можливість отримання енергії
за рахунок окиснення сірководню
Хемосинтез
Хемосинтез - це процес синтезу органічних речовин з вуглекислого газу
за рахунок енергії окиснення аміаку, сірководню й інших речовин,
який здійснюється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності
Процес хемосинтезу здійснюють
хемоавтотрофні бактерії:
- залізобактерії (окиснюють
сполуки двовалентного Феруму
до трьохвалентного)
С.М.Виноградський відкрив хемосинтез,
вперше показав можливість отримання енергії
за рахунок окиснення сірководню
Mariprofundus ferrooxydans
Чи маєте запитання?
Відеоурок ви можете переглянути за посиланням: