Фотосинтез. История открытия

1. Фотосинтез

Фотосинтез – канал, через который в
экосистему планеты Земля входит
энергия, необходимая всему живому.

2. История открытия

17 век. Ван Гельмонт (масса вербы за
5 лет увеличилась на 74,4кг, а масса
грунта убыла на 57г.)
1771г. Джозеф Пристли (растения
исправляют воздух).
1778г. Я. Ингенхауз (растения это
делают только на свету)

3. История открытия

• Первым обнаружил, что растения выделяют
кислород, английский химик Джозеф Пристли около
1770.
• В 1817 г. два французских химика, Пельтье и
Каванту, выделили из листьев зеленое вещество и
назвали его хлорофиллом.
• В 1845 г. немецкий физик Роберт Майер утверждеал
о том, что зеленые растения преобразуют энергию,
солнечного света в химическую энергию.
• Тимирязев показал, что фотосинтез проходит с
наибольшей интенсивностью в тех областях
солнечного спектра, где находятся максимумы
поглощения хлорофилла.

4. История открытия

• В 20 в. было установлено, что процесс фотосинтеза
начинается на свету в фоторецепторах
хлорофиллов, однако многие из последующих стадий
могут протекать в темноте.
• В 1941 американский биохимик Мелвин Калвин
показал, что первичный процесс фотосинтеза
заключается в фотолизе молекул воды, в результате
чего образуются кислород и водород, идущий на
восстановление диоксида углерода до органических
веществ.

5. 1903г. Открытие процесса фотосинтеза

К.А.Тимирязев
«…это процесс
создания
органических
веществ из
углекислого газа и
воды в зеленых
частях растений
под действием
солнечного света»

6. Почему листья зеленые?

Каждый цвет спектра –
это не только разная
длина волн, но и
разная их
энергетическая
ценность.
Хлорофилл поглощает
наиболее оптимальные
для жизненных
процессов красные и
синие лучи спектра,
отражая зеленые

7. Фотосинтез

Фотосинтез – процесс превращения углекислого
газа и воды в углеводы и кислород под действием
энергии
солнечного
света.
Образующиеся
углеводы используются в качестве пищи, а
кислород поступает в атмосферу.

8. Как осуществляется фотосинтез?

9. Хлоропласты – главные лаборатории фотосинтеза

Строма
Это овальные
Внешняя мембрана
подвижные тельца
Скапливаются в том
месте, где лучше
Граны
освещенность
Внутренняя мембрана
С двойной мембраной,
есть своя ДНК
Внутри особые
образования – граны,
содержащие
хлоропласты в клетках элодеи
хлорофилл

10. Хлоропласты

Хлоропласты (от греч. chlorós — зелёный и
plastós — вылепленный, образованный),
внутриклеточные органеллы растительной
клетки — пластиды, в которых
осуществляется фотосинтез. Окрашены в
зелёный цвет благодаря присутствию в них
основного пигмента фотосинтеза —
хлорофилла. Основная функция
Хлоропластов улавливание и
преобразование световой энергии,

11. Основные классы фотосинтетических пигментов

Хлорофиллы
Каротиноиды
Фикобилины

12. Хлорофиллы

Хлорофи́лл (от греч. chloros - зеленый и
phyllon -лист) — зелёный пигмент,
обусловливающий окраску растений в
зелёный цвет. При его участии
осуществляется процесс фотосинтеза

13. Каротиноиды

Каротиноиды - природные органические
пигменты фотосинтезируемые бактериями,
грибами, водорослями и высшими
растениями. Идентифицировано около 600
каротиноидов. Они имеют преимущественно
жёлтый, оранжевый или красный цвет, по
строению это циклические или
ациклические изопреноиды.
Каротины включают две основных группы
структурно близких веществ:
каротины
ксантофиллы

14. Фикобилины

Фикобилины (от греч. phýkos – водоросль и лат.
bilis – жёлчь), пигменты красных и синезелёных
водорослей (фикоэритрины – красные,
фикоцианины – синие); Поглощают кванты света
в жёлто-зелёной области спектра. Участвуют в
фотосинтезе в качестве сопровождающих
пигментов, доставляя поглощённую энергию
света к фотохимически активным молекулам
хлорофилла.

15. Схема фотосинтеза

Углекислый газ
свет
с
в
е
т
Органические вещества
кислород
+
вода
2
+
2
6
12 6
2

16. Световые и темновые реакции фотосинтеза

Фотосинтез протекает в две фазы:
световую, идущую только на
свету, и темновую, которая идет
как в темноте, так и на свету.

17.

Из схемы видно, что энергия света
обеспечивает: 1) синтез АТФ;
2) восстановление НАДФ в НАДФН;
3) фотолиз воды, который поставляет
электроны для фотосистем I и II;
4) фотолиз воды ведет также к образованию
кислорода, который не используется в
фотосинтезе (но в отсутствие света служит
для окисления органических веществ углеводов, жиров).
В этом основной результат световой фазы
фотосинтеза.

18. Механизм фотосинтеза

Световая фаза в гранах хлоропласта
+
+
2
-
_
-
+
хлорофилл
2
е
АТФ
+
2
Фотолиз воды: образуется кислород
идет синтез АТФ

19. Темновая фаза фотосинтеза

В темновую фазу фотосинтеза энергия,
накопленная клетками в молекулах АТФ,
используется на синтез глюкозы и других
органических веществ. Глюкоза образуется
при восстановлении углекислого газа - СО2;
с участием протонов воды и НАДФ•Н.
В молекуле углекислого газа содержится
один атом углерода, а в молекуле глюкозы
их шесть (C6H12O6).

20. Темновая фаза фотосинтеза

Углекислота, проникающая в лист из воздуха,
вначале присоединяется к органическому
веществу, состоящему из пяти углеродных
атомов. При этом образуется очень непрочное
шестиуглеродное соединение, которое быстро
расщепляется на две трехуглеродные
молекулы. В результате ряда реакций из двух
трехуглеродных молекул образуется одна
шестиуглеродная молекула глюкозы. Этот
процесс включает ряд последовательных
ферментативных реакций с использованием
энергии, заключенной в АТФ. Молекулы
НАДФ•Н; поставляют ионы водорода,
необходимые для восстановления углекислого
газа.

21. Темновая фаза фотосинтеза

Таким образом, в темновой фазе
фотосинтеза в результате ряда
ферментативных реакций происходит
восстановление углекислого газа
водородом воды до глюкозы.
Восстановление углерода происходит в
строме хлоропласта в цикле реакций,
известных как цикл Кальвина. Цикл
Кальвина - не единственный путь фиксации
углерода в темновых реакциях.

22. Механизм фотосинтеза

Темновая фаза идет вне гран, т.е. в
строме хлоропласта
0
+
+
2
+
АТФ
6 12 6
1.Образуется глюкоза
2.Использутся НАДФ*Н
3.Затрачивается АТФ

23. Процесс фотосинтеза

Световая фаза
Процессы
Результаты
процессов
I. а) хлорофилл –––(свет)–––> хлорофилл* + e
б) e + белки-переносчики ––> на наружную
поверхность мембраны тилакоида
в) НАДФ+ + 2H+ + 4 e –––> НАДФ·H2
Образование
НАДФ·H2
II. Фотолиз воды
H2O –––(свет)–––> H+ + OH–
H+ –––> в протонный резервуар тилакоида
OH– –––> OH– – e –––> OH –––> H2O и O2?
e + хлорофилл* –––> хлорофилл
O2 – в
атмосферу
III. H+ протонного резервуара – источник
энергии, необходимой АТФ фазе для синтеза
АТФ из АДФ +ФН
Образование
АТФ

24. Процесс фотосинтеза

Темновая фаза
Процессы
Результаты
процессов
Связывание CO2 с пятиуглеродным сахаром
Образование
рибулёзодифосфатом при использовании АТФ и глюкозы
НАДФ·H2

25. Масштабы фотосинтеза

Ежегодно
1,7 млрд. т углерода
150 млрд. т органического вещества
200 млрд. т кислорода
Запасается
1-1,5% солнечной энергии

26. Глобальное значение фотосинтеза

3 млрд. лет назад – первые водоросли
фотосинтетики
Насыщение атмосферы кислородом
Гибель большинства анаэробов
Появление аэробных организмов
Появление многоклеточности
Появление озонового слоя
Выход организмов на сушу

27. Значение фотосинтеза теперь

Канал, через который в экосистему планеты
Земля приходит энергия Солнца,
необходимая для жизни
Образуется первичное органическое
вещество(более 450 млрд.т в год)
Поддерживается состав атмосферы(более
200млрд.т кислорода в год)
Озоновый экран
Препятствует накоплению углекислого газа

28. Зелёные насажде́ния

Зелёные насажде́ния — совокупность
древесных, кустарниковых и травянистых
растений на определённой территории. В
городах они выполняют ряд функций,
способствующих созданию оптимальных
условий для труда и отдыха жителей
города, основные из которых —
оздоровление воздушного бассейна города
и улучшение его микроклимата. Этому
способствуют следующие свойства зелёных
насаждений:

29. Зелёные насажде́ния

поглощение углекислого газа и выделение
кислорода в ходе фотосинтеза;
понижение температуры воздуха за счёт
испарения влаги;
снижение уровня шума;
снижение уровня загрязнения воздуха
пылью и газами;
защита от ветров;
выделение растениями фитонцидов —
летучих веществ, убивающих
болезнетворные микробы;
положительное влияние на нервную
систему человека.

30. Домашнее задание

§ 11, стр. 35-39
Ответить на вопросы на стр. 39
Конспект