Благодаря солнечной энергии происходит возбуждение молекул. Смешной случай из жизни
Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза.
Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной.
В настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из СО2 и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл, молекула которого способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода: световую и темновую фазы.
Световая фаза – это этап, на котором поглощенная хлорофиллом энергия света преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.
Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:
1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ Н
2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ Н;
3) фотолиз воды: 2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2.
Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складок внутренней мембраны хлоропластов, из которых формируются граны – стопки мембран.
Результаты световых реакций:
фотолиз воды с образованием свободного кислорода,
c интез АТФ за счёт энергии световых квантов (фотофосфорилирование),
восстановление НАДФ+ до НАДФ Н.
Темновая фаза – процесс преобразования СО2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ Н.
Результат темновых реакций: превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.
Значение фотосинтеза:
1) образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов и образования защитного озонового экрана (предохраняющего организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения);
Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] Лернер Георгий Исаакович
2.5.3. Фотосинтез и хемосинтез
Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО 2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл . Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ + – никотинамиддифосфат ). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.
«Световая фаза» – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.
Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:
1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ + до НАДФ Н
2Н + + 4е - + НАДФ + ? НАДФ Н;
3) фотолиз воды , происходящий при участии квантов света: 2Н 2 О? 4Н + + 4е - + О 2 .
Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складках внутренней мембраны хлоропластов. Из тилакоидов формируются граны – стопки мембран.
Так как в экзаменационных работах спрашивают не о механизмах фотосинтеза, а о результатах этого процесса, то мы и перейдем к ним.
Результатами световых реакций являются: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ Н. Таким образом свет нужен только для синтеза АТФ и НАДФ-Н.
«Темновая фаза» – процесс преобразования СО 2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ Н.
Результатом темновых реакций являются превращения углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.
Суммарное уравнение фотосинтеза -
Значение фотосинтеза . В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов:
кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;
фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;
фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.
Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:
1) окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями:
NH 3 ? HNQ 2 ? HNO 3 + Q;
2)превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:
Fe 2+ ? Fe 3+ + Q;
3)окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями
H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S + Q,
H 2 S + O 2 = 2H 2 SO 4 + Q.
Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.
Роль хемосинтеза. Бактерии – хемосинтетики, разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
А1. Фотосинтез – это процесс, происходящий в зеленых растениях. Он связан с:
1) расщеплением органических веществ до неорганических
2) созданием органических веществ из неорганических
3) химическим превращения глюкозы в крахмал
4) образованием целлюлозы
А2. Исходным материалом для фотосинтеза служат
1) белки и углеводы 3) кислород и АТФ
2) углекислый газ и вода 4) глюкоза и кислород
А3. Световая фаза фотосинтеза происходит
1) в гранах хлоропластов 3) в строме хлоропластов
2) в лейкопластах 4) в митохондриях
А4. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:
1) синтеза АТФ 3) синтеза белков
2) синтеза глюкозы 4) расщепления углеводов
А5. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:
1) углекислый газ и кислород
2) глюкоза, АТФ и кислород
3) белки, жиры, углеводы
4) углекислый газ, АТФ и вода
А6. К хемотрофным организмам относятся
1) возбудители туберкулеза
2) молочнокислые бактерии
3) серобактерии
Часть В
В1. Выберите процессы, происходящие в световой фазе фотосинтеза
1) фотолиз воды
2) образование глюкозы
3) синтез АТФ и НАДФ Н
4) использование СО 2
5) образование свободного кислорода
6) использование энергии АТФ
В2. Выберите вещества, участвующие в процессе фотосинтеза
целлюлоза 4) углекислый газ
гликоген 5) вода
хлорофилл 6) нуклеиновые кислоты
Часть С
С1. Какие условия необходимы для начала процесса фотосинтеза?
С2. Как строение листа обеспечивает его фотосинтезирующие функции?
Из книги 100 великих научных открытий автора Самин ДмитрийФОТОСИНТЕЗ Несколько лет французские химики Пельтье (1788–1842) и Каванту (1795–1877) работали вместе. Это плодотворное сотрудничество привело к открытию стрихнина и бруцина. Самую большую славу принесло им открытие хинина - верного средства против малярии. В 1817 году ученые
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ФО) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ХЕ) автора БСЭ Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автораЧто такое фотосинтез и какое значение он имеет для жизни на Земле? Фотосинтезом называют образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех других
Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович2.5. Метаболизм: энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь. Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции
Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий ПавловичФотосинтез 2 вариант
1.Изучите схему, демонстрирующую процесс фотосинтеза, протекающий
в хлоропласте. Какое из перечисленных веществ соответствует цифре 2
на этой схеме?
1) вода
2) углекислый газ
3) кислород
4) глюкоза
2. Растительные клетки способны к фотосинтезу. Этот процесс происходит в
1) рибосомах
2) митохондриях
3) лейкопластах
4) хлоропластах
3.
Изучите схему, демонстрирующую процесс фотосинтеза, протекающийв хлоропласте. Какое из перечисленных веществ соответствует цифре 4
на этой схеме?
1) вода
2) углекислый газ
3) кислород
4) глюкоза
4.
Формулу какого вещества следует вписать на месте пропуска в схеме химической реакции?С
6 Н 12 О 6 + 6О 2 = … + 6Н 2 О1) угарного газа
2) углекислого газа
3) кислорода
4) хлорофилла
5. Какой газ поглощают растения из атмосферного воздуха в процессе фотосинтеза?
1)
углекислый газ2)
угарный газ3)
кислород4)
азот6. Растения потребляют кислород и выделяют углекислый газ в процессе
1) фотосинтеза на свету
2) передвижения органических веществ
3) дыхания только в темноте
4) дыхания на свету и в темноте
7. Изучите график зависимости относительной скорости фотосинтеза от силы света (по оси x отложена относительная сила света в канделах, а по оси у – относительная скорость фотосинтеза (в усл. ед.)). Определите, при какой силе света, из перечисленных, относительная скорость фотосинтеза будет максимальной.
1) 500 кандел
2) 1000 кандел
3) 1500 кандел
4) 2000 кандел
8. Что происходит в процессе фотосинтеза? Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) расщепление молекул воды
2) образование глюкозы
3) поглощение энергии света молекулами хлорофилла
4) образование белка
5) поглощение кислорода
6) выделение углекислого газа
9. Верны ли следующие суждения о фотосинтезе?
А . В процессе фотосинтеза выделяется кислород в атмосферу.
Б. В процессе фотосинтеза расходуется органическое вещество.
1) верно только А
2) верно только Б
3) оба суждения верны
4) оба суждения неверны
10. В отличие от фотосинтеза, процесс дыхания
1) идёт только на свету
2) связан с поглощением углекислого газа
3) происходит круглосуточно
4) происходит только в листьях
11. Верны ли следующие суждения о процессах жизнедеятельности растений?
А. Основная функция фотосинтеза – образование кислорода.
В. Основная функция клеточного дыхания – поглощение кислорода.
1) верно только А
2) верно только Б
3) оба суждения верны
4) оба суждения неверны
12. Вставьте в текст «Темновая фаза фотосинтеза» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА
В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две фазы: __________ (А) и темновую. Для протекания реакций темновой фазы наличие света __________ (Б). В это время происходит усвоение __________ (В) из воздуха, его восстановление ионами водорода и образование органического вещества __________ (Г) благодаря накопленной в световой фазе энергии.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ:
1-световая, 2-углекислый газ, 3-кислород, 4-белок, 5-сумеречная, 6-необязательно, 7-глюкоза, 8-обязательно
13 . Используя содержание текста «Дыхание растений и фотосинтез», ответьте на следующие вопросы.
1) В каких клетках происходит процесс дыхания?
2) Какова роль кислорода в процессе фотосинтеза?
3) На что затрачивается энергия в процессе дыхания?
ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ И ФОТОСИНТЕЗ
У растений дыхание присуще всем органам, тканям и клеткам. Для дыхания они используют атмосферный кислород, проникающий через устьица листьев и зелёных побегов, кожицу молодых корней, а также чечевички древесных стеблей. Кроме того, растения для дыхания расходуют кислород, образовавшийся в результате фотосинтеза. Дышат растения и днём, и ночью. Днём для дыхания используется в основном атмосферный кислород, а ночью, когда устьица закрыты – кислород, накопленный в листьях в процессе фотосинтеза. Поступающий при дыхании кислород окисляет имеющиеся в растении органические вещества до углекислого газа и воды. При этом освобождается заключённая в органических веществах энергия, которая расходуется растением для роста, развития и размножения. Образующийся при дыхании растений углекислый газ удаляется через устьица, чечевички, через всю поверхность молодых корней.
Дыхание растений – процесс противоположный фотосинтезу. Фотосинтез происходит главным образом в мякоти листьев растений, в которых расположена основная фотосинтезирующая ткань. Её клетки содержат хлоропласты с зелёным пигментом – хлорофиллом, способным улавливать свет. В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды на свету в хлоропластах клеток образуется глюкоза. Синтезированные в процессе фотосинтеза органические вещества используются растением для питания и синтеза других органических веществ: жиров, белков, витаминов и гормонов. Все эти органические вещества идут на построение тела растения, а также откладываются в запасающих тканях и используются при дыхании. Побочным продуктом фотосинтеза является свободный кислород. Он образуется в процессе фотосинтеза и выделяется растением в окружающую среду.
Вставьте в текст пропущенные имена учёных
Причастность микробов к инфекционным заболеваниям была доказана____ Фагоцитоз как средство борьбы с микробами был открыт____ Первую противооспенную вакцину предложил _____ Изобретении метода получение вакцин и лечебных сывороток против различных инфекционных заболеваний принадлежит _____
текст цифры ПИЩЕВАРЕНИЕ У ПЛОСКИХ ЧЕРВЕЙ
Вставьте в текст «Системы органов» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифрывыбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
СИСТЕМЫ ОРГАНОВ
Орган – это ___________ (А), имеющая определённую форму, строение, место и выполняющая одну или несколько функций. В каждом органе обязательно есть кровеносные сосуды и ___________ (Б). Органы, совместно выполняющие общие функции, составляют системы органов. В организме человека имеется выделительная система, главным органом которой являются ___________ (В). Через выделительную систему во внешнюю среду удаляются вредные ___________ (Г).
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ: 1) ткань 2) часть тела 3) нервы 4) кишечник 5) желудок 6) почки 7) продукт обмена 8) непереваренные остатки пищи
Вставьте в текст «Испарение воды листом» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифрывыбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
ИСПАРЕНИЕ ВОДЫ ЛИСТОМ
Поглощённый ___________ (А) почвенный раствор, состоящий из воды и минеральных веществ, по особым клеткам – ___________ (Б) – поступает в лист. Здесь часть воды используется в процессе фотосинтеза, а часть, перейдя в газообразное состояние, испаряется через ___________ (В). Этот процесс имеет название ___________ (Г). Минеральные соли остаются в листьях, накапливаются и вызывают ежегодное отмирание листьев – листопад.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ:
2) ситовидная трубка
4) стебель
5) транспирация
6) устьица
7) фотосинтез
8) чечевичка
Вставьте в текст «Обмен белков» пропущенные термины из предложенногоперечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст
цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр
(по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
ОБМЕН БЕЛКОВ
Ферментативное расщепление поступающих с пищей белков происходит
в желудке и тонком кишечнике. Образовавшиеся ___________ (А) активно
всасываются в ворсинки кишки, поступают в ___________ (Б) и разносятся
ко всем клеткам организма. В клетках с поступившими веществами
происходит два процесса: ___________ (В) новых белков на рибосомах и
окончательное окисление до аммиака, который превращается в
___________ (Г) и в таком состоянии выводится из организма.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ:
1)
кровь
2)
глицерин
3)
аминокислота
4)
лимфа
5)
синтез
6)
мочевина
7)
распад
8)
глюкоза
Проверочная работа по теме «Фотосинтез»
Вариант 1.
Задание 1.
ОбъектФункция
Фотосинтез
Клеточный центр
Деление клетки
1) ЭПС 2) хлоропласт 3) рибосома 4) ядро
Задание 2. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.
ОбъектФункция
Глюкоза
ДНК
Нуклеотид
Какое понятие следует вписать на место пропуска в этой таблице?
1) аминокислота 2) хитин 3) целлюлоза 4) РНК
Задание 3. Вставьте в текст «Световая фаза фотосинтеза» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите получившуюся последовательность цифр.
СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА
В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две фазы: световую и __________ (А). В световую фазу благодаря солнечной энергии происходит возбуждение молекул __________ (Б) и синтез молекул __________ (В). Одновременно с этой реакцией под действием света разлагается вода с выделением свободного __________ (Г). Этот процесс называется фотолизом.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ:
1) ДНК 2) темновая 3) кислород 4) АТФ 5) сумеречная 6) гемоглобин
7) хлорофиллл 8) углекислый газ
х отложена концентрация углекислого газа (в %), а по оси у –
Какое из предложенных описаний наиболее точно отражает данную зависимость концентраций углекислого газа в интервале 0,03 – 0,16%? Скорость фотосинтеза в данном интервале
плавно растёт на протяжении всего графика
резко растёт на протяжении всего графика
плавно возрастает в начале, а далее не изменяется
Задание 5. Изучите график зависимости относительной скорости фотосинтеза от силы света (по оси x отложена относительная сила света в канделах, а по оси у – относительная скорость фотосинтеза (в усл. ед.)).
Определите, при какой силе света, из перечисленных, относительная скорость фотосинтеза будет максимальной.
в хлоропласте. Какое из перечисленных веществ соответствует цифре 3 на этой схеме?
Вариант 2.
Задание 1. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.
ОбъектФункция
Митохондрия
Дыхание
Фотосинтез
Какое понятие следует вписать на место пропуска в этой таблице?
1) комплекс Гольджи 2) хлоропласт 3) рибосома 4) ядро
Задание 2. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.
ОбъектФункция
строма
синтез глюкозы
граны
Какое понятие следует вписать на место пропуска в этой таблице?
1) синтез белков 2) фотолиз воды 3) синтез липидов 4) гликолиз
Задание 3. Вставьте в текст «Темновая фаза фотосинтеза» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите получившуюся последовательность цифр.
ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА
В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две фазы: __________ (А) и темновую. Для протекания реакций темновой фазы наличие света __________ (Б). В это время происходит усвоение __________ (В) из воздуха, его восстановление ионами водорода и образование органического вещества __________ (Г) благодаря накопленной в световой фазе энергии.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ
1) световая 2) углекислый газ 3) кислород 4) белок 5) сумеречная 6) необязательно
7) глюкоза 8) обязательно
Задание 4. Изучите график зависимости относительной скорости фотосинтеза от концентрации углекислого газа (по оси у отложена относительная скорость фотосинтеза (в усл. ед.), а по оси х – концентрация углекислого газа(в %)).
Определите концентрацию углекислого газа, при которой относительная скорость фотосинтеза составит 24 условные единицы.
0,08 % 2) 0,05 % 3) 0,03 % 4) 0,01 %
Чему будет равна относительная скорость фотосинтеза, если концентрация углекислого газа в воздухе теплицы будет составлять 0,03%?
Задание 6. Изучите схему, демонстрирующую процесс фотосинтеза, протекающийв хлоропласте. Какое из перечисленных веществ соответствует цифре 2 на этой схеме?
3)
кислород
4)
глюкоза
