Фотосинтез 2

1.

Фотосинтез
Выполнила: Зиноватная Г.Н.,
преподаватель биологии,
ГБПОУ РО "Ростовский колледж культуры"
ьтуры"

2.

Фотосинтез
Сложный химический процесс преобразования энергии
видимого света в энергию химических связей органических
веществ при участии фотосинтезирующих пигментов.

3.

История изучения фотосинтеза

4.

Исследования К.А. Тимирязева
В результате исследования К. А. Тимирязев
установил следующие положения:
1. Только поглощаемые хлорофиллом лучи
производят работу, т. е. процесс фотосинтеза.
2. Фотосинтез пропорционален поглощению
лучей.
3. На процесс фотосинтеза растение использует
небольшую часть поглощённых лучей (1 - 3
процента).
4. Закон сохранения энергии полностью
Тимирязев К.А.
приложим к процессу фотосинтеза.
5. Существуют два максимума фотосинтеза:один 1843 - 1920
- в наиболее поглощаемых красных лучах,
второй, меньший максимум - в сине-фиолетовых
лучах.

5.

Исследования М. Кальвина
Мелвин Эллис Кальвин
(8 апреля 1911 — 8 января 1997)
Американский биохимик, член Национальной
академии наук в Вашингтоне.
С 1940-х годов работал над проблемой
фотосинтеза. К 1957 году с помощью СО2,
меченного по углероду, выяснил химизм усвоения
растениями CO2 (восстановительный карбоновый
цикл Кальвина) при фотосинтезе.

6.

Фотосинтетической аппарат клетки

7.

8.

Хлорофилл и фотосистемы

9.

Фазы фотосинтеза
Световая фаза –
протекает в гранах
хлоропласта под
влиянием энергии света
Темновая фаза –
протекает в строме
хлоропласта, для ее
реакций не нужна
энергия света

10.

Фазы фотосинтеза

11.

Световая фаза фотосинтеза
В световую фазу фотосинтеза
энергия солнечного света
порождает четыре процесса:
1)«Возбуждение хлорофилла»
1) Образование кислорода вследствие
фотолиза воды
2) Синтез АТФ
3) Образование атомов водорода в форме
НАДФ·Н 2

12.

Световая фаза
строма
тилакоид
а) хлорофилл –––(свет)–––> хлорофилл* + e
б) e + белки-переносчики ––> на наружную
поверхность мембраны тилакоида
в) НАДФ+ + 2H+ + 4 e –––> НАДФ·H2
Фотолиз воды
H2O –––(свет)–––> H+ + OH–
OH– –––> OH– – e –––> OH –––> H2O и O2?
e + хлорофилл* –––> хлорофилл
H+– источник
энергии,
необходимой для
синтеза АТФ из АДФ
+ФН

13.

Световая фаза фотосинтеза
1. Молекула хлорофилла поглощает квант
света и переходит в возбужденное
состояние. При этом электрон выбивается из
молекулы хлорофилла
2. Богатые энергией электроны, поступают в
особую цепь переносчиков и передаются на
наружную поверхность мембраны
тилакоидов, где накапливаются и мембрана
заряжается отрицательно
3. Молекула хлорофилла восстанавливает
свой электрон за счет фотолиза воды, т.е.
расщепление воды под действием энергии
света на Н+ + ОН

14.

15.

Световая фаза фотосинтеза
4. Протоны водорода накапливаются внутри
тилакоида, создавая Н+ -резервуар. В результате
внутренняя поверхность мембраны заряжается
положительно
5. При достижении критической величины
разности потенциалов протоны Н+
проталкиваются через канал АТФ-синтетазы.
Освобождающаяся при этом энергия
используется для синтеза молекул АТФ

16.

Световая фаза фотосинтеза
6. Катионы водорода на наружной стороне
мембраны присоединяют электроны
молекулы хлорофилла, образуя атомарный
водород, который с помощью переносчика
НАДФ
(никотинамидадениндинуклеотидфосфат)
поступает в строму хлоропласта на синтез
глюкозы

17.

18.

19.

20.

Темновая фаза фотосинтеза

21.

Темновая фаза фотосинтеза

22.

С3 и С4 растения

23.

Сравнение фаз фотосинтеза

24.

Масштабы фотосинтеза
Ежегодно на Земле за счёт фотосинтеза образуется около 100–
170 млрд тонн органического вещества на суше и 60–70 млрд
тонн в океане.
Фотосинтез обеспечивает выделение 70–120 млрд тонн
кислорода в год.
В процессе фотосинтеза связывается примерно 200 млрд тонн
углекислого газа.

25.

Значение фотосинтеза
О значении фотосинтеза говорил К. А. Тимирязев в 1878
году в своей знаменитой книге "Жизнь растений". "Когда-то,
где-то на Землю упал луч солнца, но упал он не на
бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного
ростка, или лучше сказать на хлорофилловое зерно. Ударяясь
о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он
только затратился на внутреннюю работу. В той или иной
форме он вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей.
Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч
согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в
эту минуту он играет в нашем мозгу..."

26.

Космическая роль растений
Растения в результате фотосинтеза синтезируют органические
вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
Преобразуют энергию света в энергию химических связей,
создают органическую массу
Растения поддерживают определенный процент содержания O2
в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
Способствуют образованию защитного озонового экрана,
поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое
излучение

27.

История открытия фотосинтеза
Английский химик Джозеф Пристли около 1770 года
первым обнаружил, что растения выделяют кислород.
В 1817 году французские химики Пельтье и Каванту
выделили из листьев зелёное вещество и назвали его
хлорофиллом.
В 1845 году немецкий физик Роберт Майер
утверждал, что зелёные растения преобразуют
энергию солнечного света в химическую энергию.

28.

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

29.

История открытия фотосинтеза

30.

Фотосистемы I и II

31.

Цикл Кальвина

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

Темновая фаза фотосинтеза

39.

В хлоропластах содержится очень много молекул хлорофилла. Сам
процесс происходит примерно в 1 % молекул хлорофилла. Другие же
молекулы хлорофилла, каротиноидов и других веществ образуют особые
антенные, а также светособирающие комплексы (ССК). Они, как антенны,
поглощают кванты света и передают возбуждение в особые реакционные
центры. Эти центры находятся в фотосистемах, которых у растений две:
фотосистема II и фотосистема I. В них имеются особые молекулы
хлорофилла: соответственно, в фотосистеме II — P680, а в фотосистеме I
— P700. Они поглощают свет именно такой длины волны (680 и 700 нм).

40.

Исследования К.А. Тимирязева
В результате своего исследования Тимирязев
установил следующие три положения:
1. Только поглощаемые хлорофиллом лучи
производят работу, т. е. процесс фотосинтеза;
2. Фотосинтез пропорционален поглощению лучей, т.
е. чем больше поглощение лучей зеленым листом,
тем больше величина фотосинтеза;
3. На процесс фотосинтеза растение использует
лишь небольшую часть поглощенных лучей (от 1 до 3
процентов).
Таким образом К. А. Тимирязев установил полную
приложимость закона сохранения энергии к процессу Тимирязев К.А.
1843 - 1920
фотосинтеза. Кроме того, стала ясной
фотохимическая природа фотосинтеза.Тимирязев
установил наличие двух максимумов фотосинтеза, а
именно: один — в наиболее поглощаемых красных
лучах и второй, меньший максимум — в синефиолетовых лучах.

41.

Типы фотосинтеза
Существует три основных типа фотосинтеза, которые
различаются по способу фиксации углекислого газа: C3 , C4
и CAM.
C3-фотосинтез характерен для большинства растений
умеренного климата; углекислый газ фиксируется в цикле
Кальвина напрямую.
C4-фотосинтез свойственен растениям жарких регионов
(например, кукурузе). Он минимизирует потери воды и
повышает эффективность за счет разделения процессов в
пространстве.
CAM-фотосинтез встречается у суккулентов и кактусов.
Растения поглощают углекислый газ ночью, чтобы снизить

42.

43.

44.

Исследования М. Кальвина

45.

Цикл Кальвина

46.

47.

Продукция кислорода. По
разным оценкам,
фотосинтез обеспечивает
выделение 70–120 млрд
тонн кислорода в год. При
этом на долю морских
водокислорода.
elar.urfu.ru
scienceforum.ru
органического
вещества
Связывание углекислого
газа. Ежегодно в процессе
фотосинтеза связывается
примерно 200 млрд тонн