Фотосинтез. Энергетический обмен

1.

2.

Энергетический обмен
Е
АТФ
Окислительное фосфорилирование:
АДФ + Ф
АТФ

3.

Фотосинтез – совокупность
физических и химических процессов, в
ходе которых происходит
преобразование энергии света в энергию
химических связей органических
веществ.
Существуют ли принципиальные
различия между авто- и гетеротрофами?

4.

Фотосинтез
Свет – вечно натянутая пружина, приводящая в
действие механизм земной жизни.
Р. Майер
План
1.История изучения фотосинтеза.
2.Особенности строения хлоропластов.
3.Пигменты фотосинтеза.
4.Механизм фотосинтеза:
•световая фаза
•темновая фаза
5. Типы фотосинтеза.

5.

История изучения фотосинтеза
Ж Сенебье,
Т. Соссюр (1804)
П. Ж. Пелетье,
Ж. Каванту(1818)
К.А. Тимирязев
(кон. XIX – нач. XX
вв)
М. Кальвин (40-е
гг XX в)
Д. Арнон (1958)
М. Д. Хэтч,
К. Р. Слэк (1966)
Работы Ван
Гельмонта
Опыты Д.
Пристли (1771)
Я. Ингегауз
(1779)

6.

Строение хлоропласта
S листьев 1 дерева = 120 кв м
S хлоропл. листа = 1800 кв. м

7.

Пигменты фотосинтеза
Задание 1. Вы – учёный-биофизик, изучаете
фотосинтезирующие пигменты растений. В ходе
исследований Вы получили некоторые данные.
Изучите эту информацию, составьте графическую
схему «Спектры поглощения фотосинтезирующими
пигментами», проанализируйте её.
Какова роль разных видов пигментов в процессе
фотосинтеза?

8.

Пигменты фотосинтеза
Хлорофиллы >10:
хл. а, b, c1, с2, d, e;
Единственная
молекула, которая
может:
1. Поглощать свет и
трансформировать
эту энергию в е2. Обратимо окисляться,
т.е. отдавать е- с
последующим
заполнением «дырки»

9.

Фотосистемы
Фотосистема – это комплекс молекул,
локализованный в мембранах
тилакоидов, состоящий из
фотосинтезирующих пигментов и белковпереносчиков.

10.

Механизм фотосинтеза
Световая
фаза
Фотосинтез
Темновая
АТФ фаза
НАДФН+Н

11.

Световая фаза фотосинтеза
Р
Ферредоксин е430
е
Пластохинон еZ
Редуктаза
е
Цитохромеb
НАДФ+
Цитохром f
е
НАДФ*Н + Н
е
е
ФС 1
Р 700
http://bannikov.narod.ru/images/fotnogot.gif
е
АДФ + Ф
АТФ
О2
Пластоцианин
е
ФС 2
Р 680
е
2Н2О
4Н+

12.

Световая фаза фотосинтеза
НАД*Н+Н
1. Активация
хлорофилла
е2. Фотолиз воды
3. Синтез АТФ
І І
4. Восстановление
НАДФ+ до НАДФ*Н +Н
е-
е-
е-
І
е-
Н+
Н+ Н+
Н+
АТФ

13.

Темновая фаза фотосинтеза
Рибулозомонофосфат
Аминокислоты
АТФ
Глюкоза
1
АДФ + Ф
6
2 Триозофосфат
2ФГА
НАДФ+
5
Рибулозодифосфат
2
Цикл
Кальвина –
Бенсона
3
НАДФ*Н+Н
4
Дифосфоглицерат
СО2
2Фосфоглицерат
2ФГК
АТФ
АДФ + Ф

14.

Темновая фаза

15.

Энергообеспечение фотосинтеза
Е
АТФ
Фотофосфорилирование:
АДФ + Ф
АТФ

16.

Суммарное уравнение фотосинтеза

17.

Задание 2. Заполните таблицу
«Сравнение световой и темновой фаз
фотосинтеза»
Критерии для
сравнения
Локализация
Основные
процессы
Исходные
вещества
Образующиеся
продукты
Источник
энергии
Световая фаза
Темновая фаза

18.

Задание 2. Заполните таблицу
«Сравнение световой и темновой фаз
фотосинтеза»
Критерии для
сравнения
Световая фаза
Темновая фаза
Локализация
Мембрана
тилакоидов
Строма
хлоропласта
Основные
процессы
Фотолиз воды
Восстановление
НАДФ+ до НАДФ* Н2
Синтез АТФ
Окисление НАДФ* Н2
Распад АТФ до АДФ и Ф.
Фиксация СО2
Цикл Кальвина)
Исходные
вещества
Вода, АДФ, Ф, НАДФ+
АТФ, НАДФ* Н2 ,
СО2,рибулёзомонофосфат
Образующиеся
продукты
НАДФ* Н2 , АТФ
Глюкоза, аминокислоты и
т.п.
Источник
энергии
Световая
энергия
Энергия
АТФ

19. Фотодыхание

Как полагают, фотосинтез возник, когда атмосфера была намного богаче
двуокисью углерода, чем теперь, а кислорода в ней было очень
маловероятно, около 0,02% (сейчас-21%). Уже в 1920 г. стало известно,
что кислород обычно подавляет фотосинтез, однако причины этого
были выяснены только в 1971 г. Оказалось, что для фермента,
фиксирующего СО2, т. е. рибулозобисфосфат-карбоксилазы, субстратом
может служить не только двуокись углерода, но и кислород.
Действительно, эти два газа конкурируют за один и тот же активный
центр. Если с ферментом взаимодействует кислород, то катализируется
такая реакция:

20.

Реакция 1 называется оксигенацией; поэтому один и тот же фермент называют
рибулозобисфосфатоксигеназой, когда он катализирует эту реакцию, и
рибулозобисфосфат-карбоксилазой, когда он участвует в реакции 2. Вместо двух
молекул фосфоглицериновой кислоты (ФГК), образующихся в ходе реакции 2, во
время реакции 1 образуется одна молекула ФГК и одна молекула
фосфогликолата. Фосфатная группа сразу же отщепляется, и фосфогликолат
(фосфогликолевая кислота) превращается в гликолат (гликолевую кислоту).
Поэтому кислород является конкурентным ингибитором фиксации СО2,
и всякое повышение концентрации кислорода способствует поглощению
его самого, а не СО2, и таким образом ингибирует фотосинтез. И наоборот,
всякое повышение концентрации СО2 будет благоприятствовать реакции
карбоксилирования.

21.

Фотодыхание - светозависимый процесс, так как рибулозобисфосфат - один
из продуктов цикла Кальвина - образуется только тогда, когда идет
фотосинтез. Назначение фотодыхания - вернуть в цикл хотя бы часть
углерода из гликолата, который накапливается в избытке.

22.

С4 - тип фотосинтеза
Фиксация углекислого газа у С3 и С4 - растений значительно различается. Если у
растений молекула углекислого
газа присоединялась к пятиуглеродной молекуле РДФ, то у растений акцептором
углекислого газа является трехуглеродная молекула, чаще всего — это
фосфоенолпировиноградная кислота (ФЕП). Соединяясь с углекислым газом, ФЕП
превращается в щавелевоуксусную кислоту (ЩУК), которая и поступает в хлоропласт
клеток мезофилла. В хлоропластах ЩУК при наличии НАДФ * Н превращается в
яблочную кислоту (ЯК), которая поступает в клетки обкладки сосудистых пучков. В
клетках обкладки сосудистых пучков ЯК отдает молекулу углекислого газа в цикл
Кальвина, превращаясь в пировиноградную кислоту (ПВК). ПВК в свою очередь
возвращается в хлоропласты мезофилла, превращается в ФЕП, и начинается новый
цикл.

23.

С4 – фотосинтез
МАЛАТ
МАЛАТ
С4 -метаболизм:
пространственное
разделение
карбоксилирования и
фиксации СО2

24.

25.

В 1966 г. австралийские исследователи Хэтч и Слэк показали, что
С4-растения гораздо эффективнее поглощают двуокись углерода,
чем С3-растения У таких растений практически незаметно фото
дыхание.
Этот новый путь превращений углерода у С4-растений называют
путем Хэтча-Слэка. Хотя этот процесс несколько различен у
разных видов, мы рассмотрим, как он идет у типичного С4растения - кукурузы.

26.

Для С4-растений характерно особое анатомическое строение листа: все
проводящие пучки у них окружены двойным слоем клеток. Хлоропласты
клеток внутреннего слоя - обкладки проводящего пучка - отличаются по
форме от хлоропластов в клетках мезофилла, из которых состоит
наружный слой (диморфизм хлоропластов). На рис. А и Б показано, как
выглядит эта так называемая "кранц-анатомия" (от нем. Kranz - корона,
венец, кольцо; при этом имеются в виду два клеточных слоя, на срезе
имеющие вид колец)

27.

САМ - фотосинтез
САМметаболизм:
временное
разделение
карбоксилирования и фиксации
СО2

28.

Бактериальный фотосинтез
Бескислородный
фотосинтез:
в качестве донора
электрона используются
соединения серы или
молекулярный водород.

29.

Значение фотосинтеза
1. Зелёные растения
синтезируют 450 млрд т органических
веществ;
усваивают 150 млрд т СО2;
выделяют 120 млрд т О2
2. Обеспечивают круговорот веществ в биосфере
3. Поддерживают постоянный газовый состав
атмосферы.
4. Накопление кислорода в ходе эволюции
привело к появлению аэробного дыхания.

30.

Существуют ли принципиальные
различия между авто- и гетеротрофами?
гетеротрофы
автотрофы

31.

Проверим знания
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8d03b2c3-a3f1-1b06b528-28d14eed4869/00120082879418739.htm
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/33c5d8a3-04e7-7819aa55-7820123a9238/00120082757357718.htm
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0e4d97c7-27ec-826f694d-6720f6d730e5/00120075691109299.htm
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/68d7a919-d02d3b4a-130c-0338584010db/00120079967854146.htm
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f9f314be-65a1-a00285e9-9d49124b5e0b/00120079969932170.htm

32.

Ресурсы
http://www.fizrast.ru/fotosintez/etapy/prevrashenie-ugleroda/c4-put.
lhttp://www.chebucto.ns.ca/ccn/info/Science/SWCS/DATA/PARAMETERS/CHA/PIC/pigm
ent.gif
http://www.bio.tamu.edu/COURSES/biol328/sorghum.jpg
http://www.agromark.com.ua/gall/b/1227650879.jpg
http://dic.academic.ru/pictures/enc_colier/ph01901.jpg
http://domflowers.ucoz.ru/_ph/18/2/556869347.jpg
http://img-fotki.yandex.ru/get/4/vibpxhgglzd.231/0_a2f7_dbb1679f_XL
http://www.bergoiata.org/fe/favs/Bacteria.jpg
http://elementy.ru/images/news/yellowstone_thermal_600.jpg
http://g4.ucoz.ru/fotosyntez_2.jpg
http://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/C4leaf.gif
http://www.ctahr.hawaii.edu/ctahr2001/ctahrinaction/Sept_03/Fig_chloroplast_bg.jpg
http://4.bp.blogspot.com/_CCfIQj3AAI/SRgcAJI5yRI/AAAAAAAAAII/qseZxazZ470/s1600-h/dd.gif
http://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/C4leaf.gif
http://wsyachina.com/biology/bioenergetics_1.html
http://bannikov.narod.ru/images/fotnogot.gif
http://zhurnal.lib.ru/o/oleg_w_m/cdocumentsandsettingsolegmoidokumentybakterialxnyjf
otosintezrtf.shtm