Фотосинтез. Питание

1. Фотосинтез

2. Питание

• Это процесс поглощения организмом из
внешней среды веществ и использование
их для построения своего тела, роста,
развития и других жизненных процессов.

3. Питание

автотрофное
гетеротрофное
миксотрофное

4. Питание растений

Воздушное
(фотосинтез)
Минеральное
(почвенное)

5. Фотосинтез («фото»-свет, «синтез»-образование)

• - это процесс
образования
органических
веществ из воды и
углекислого газа
под действием
солнечного света

6. Фотосинтез

• - это процесс превращения энергии солнечного
света в энергию химических связей,
протекающих в зелёных листьях растений.
• - это синтез органических соединений, идущий
за счёт световой энергии и сопровождающийся
фотолизом воды.
• - это процесс синтеза углеводов из
неорганических веществ за счёт энергии света.

7. История открытия фотосинтеза

Ян ван Гельмонт
Бельгийский учёный
1600 год
Поставил первый
физиологический
эксперимент,
связанный с изучением
питания растений.

8. История открытия фотосинтеза

• Джозеф Пристли
• Английский химик
• 1771 год. Установил, что
зелёные растения
способны осуществлять
реакции,
противоположные
дыхательным
процессам.

9. Опыт Джозефа Пристли

10. История открытия фотосинтеза

Ян Ингенхауз
Голландский врач
1779 год
Обнаружил, что растения
выделяют кислород лишь в
присутствии солнечного
света и что только зелёные
части обеспечивают
выделение кислорода.

11. История открытия фотосинтеза

• Жан Сенебье
• Швейцарский физиолог
растений
• 1782 год
• Экспериментально
доказал, что все
соединения углерода в
растениях образуются из
углекислого газа.

12. Юлиус Сакс

• 1864 год, доказал, что
соотношение объёмов
поглощаемого углекислого
газа и выделяемого
кислорода – 1:1.
• Продемонстрировал
образование зёрен
крахмала при
фотосинтезе.

13.

14.

15.

16. Устьица

• Через устьица
происходит
газообмен

17. Растительная клетка

18. Хлоропласты

19. Хлоропласты под микроскопом

20. Хроматофор

• Хроматофоры могут иметь различную форму:
спиральную (у спирогиры), в виде
незамкнутого кольца (у улотрикса),
подковообразную (у хламидомонады).

21. Строение хлоропласта

22. Строение хлоропласта

23. Хлоропласты

Цвет зависит от наличия хлорофилла
По 40-60 хлоропластов в клетке
Форма овальная
Две мембраны – внутренняя и наружная
Внутренняя образует тилакоиды
Тилакоиды лежат друг на друге, образуя граны
Хлорофилл находится в мембранах тилакоидов
В строме лежат рибосомы, ДНК, РНК
Участвуют в поглощении световой энергии

24. Приспособления листьев к лучшему усвоению света

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31. Приспособленность листьев к лучшему усвоению света

Прикорневые розетки
Гелиотропизм
Листовая мозаика
Черешок, стебель выносят листья к свету
Плоская поверхность листа
Прозрачность клеток кожицы

32.

33.

34. Молекула хлорофилла

• Основой является порфириновое кольцо, в
котором четыре пиррольных гетероцикла
соединены между собой.

35. Молекула хлорофилла

• Длинная боковая
гидрофобная цепь (С20Н39)
служит не только для
закрепления молекулы
хлорофилла в липидном
слое мембраны тилакоида,
но и для придания ей
определённой ориентации.

36. Пигменты фотосистем

• Хлорофиллы 4 (а+ab+ac+ad)
• Открыт пятый хлорофилл ae
• В каждом растительном организме не
менее двух типов хлорофиллов
• Каратиноиды
• Фикобелины

37.

• Хлорофилл а – реакционный центр; использует
поглощённую энергию в фотохимических
реакциях
• 250 – 400 молекул различных пигментов
(антенные); поглощают кванты света
• Первой включается фотосистема II затем
фотосистема I
• Обе фотосистемы работают синхронно и
непрерывно
• Значение: улавливают любую энергию света

38. Фотосистемы

Фотосистема I
• Реакционный центр
этой фотосистемы
образован
специфичной
молекулой
хлорофилла а и
обозначается Р700
• Р – это пигмент
• 700 – это длина волны
Фотосистема II
• Реакционный центр
этой фотосистемы
образован тоже
хлорофиллом а и
обозначается Р680

39.

40. Световые реакции

1. Свет, попадая на молекулы хлорофилла,
которые находятся в мембранах
тилакоидов гран, приводит их в
возбуждённое состояние. В результате
этого электроны сходят со своих орбит и
переносятся с помощью переносчиков за
пределы мембраны тилакоида, где и
накапливаются, создавая отрицательно
заряженное электрическое поле.

41.

42.

43.

44. Световые реакции

2. Место вышедших электронов в молекулах
хлорофилла занимают электроны воды, так
как вода под действием света подвергается
фоторазложению (фотолизу):
Н2О
ОН- + Н+; ОН- _ е
ОН0
Гидроксилы ОН-, став радикалами ОН0,
объединяются: 4ОН0
2Н2О +О2 , образуя
воду и свободный кислород, который
выделяется в атмосферу.

45.

46. Световые реакции

3. Протоны Н+ не проникают через
мембрану тилакоида и накапливаются
внутри, образуя положительно заряженное
электрическое поле, что приводит к
увеличению разности потенциалов по обе
стороны мембраны.

47. Световые реакции

4. При достижении критической разности
потенциалов (200мВ) протоны Н+ устремляются
по протонному каналу в ферменте АТФсинтетаза, встроенному в мембрану
тилакоида, наружу.
На выходе из протонного канала создаётся
высокий уровень энергии, которая идет на
синтез АТФ (АДФ + Ф АТФ). Образовавшиеся
молекулы АТФ переходят в строму, где
участвуют в реакциях фиксации углерода.

48.

49. Световые реакции

5. Протоны Н+, вышедшие на поверхность
мембраны тилакоида, соединяются с е ,
образуя атомарный водород Н, который
идёт на восстановление переносчика НАДФ+:
2е + Н+ + НАДФ+
НАДФ Н (переносчик с
присоединённым водородом;
восстановленный переносчик).

50.

51. Вывод:

• Таким образом, активированный световой
энергией электрон хлорофилла
используется для присоединения
водорода к переносчику. НАДФ Н
переходит в строму хлоропласта, где
участвует в реакциях фиксации углерода.

52.

53. Темновые реакции

• Осуществляются в строме хлоропласта,
куда поступают АТФ, НАДФ Н от
тилакоидов гран и СО2 из воздуха. Кроме
того, там постоянно находятся
пятиуглеродные соединения – пентозы С5,
которые образуются в цикле Кальвина
(цикле фиксации углекислого газа).
Упрощённо этот цикл можно представить
следующим образом:

54. Темновые реакции

1. К пентозе С5 присоединяется СО2, в
результате чего появляется нестойкое
шестиуглеродное соединение С6, которое
расщепляется на две трёхуглеродные
группы 2С3 – триозы.

55.

56. Темновые реакции

2. Каждая из триоз 2С3 принимает по одной
фосфатной группе от двух АТФ, что обогащает
молекулы энергией.
3. Каждая из триоз 2С3 принимает по одному
атому водорода от двух НАДФ Н.
4. После чего одни триозы объединяются,
образуя углеводы 2С3 С6
С6Н12О6(глюкоза).
5. Другие триозы объединяются, образуя
пентозы 5С3
3С5, и вновь включаются в цикл
фиксации углекислого газа.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66. Значение зелёных растений

• Ежегодно
образуется 150
млрд. тонн орг. в-в
• Ежегодно
выделяют в
атмосферу около
200 млрд. тонн
свободного
кислорода.

67.

68. Учёные:

• В изучение процесса фотосинтеза,
раскрытие его механизма большой вклад
внесли русский учёный К.А.Тимирязев,
американский М.Кальвин, австралийские
М.Д.Хетч и К.Р.Слек, а также белорусские
учёные академики Т.Н.Годнев и А.А.Шлык.

69. Тимирязев Климент Аркадьевич 1843 - 1920

70. Космическая роль зелёных растений

«Хлорофилловое зерно – это та
точка, тот фокус в мировом
пространстве, в котором живая
сила солнечного луча переходит в
химическое напряжение…»
К.А. Тимирязев.

71. Значение фотосинтеза

• Весь имеющийся в атмосфере кислород
(при условии, что его образование
прекратилось) может быть израсходован,
приблизительно за 100 лет.
• Годовая потребность одного человека в
кислороде обеспечивается фотосинтезом
10-12 деревьев среднего возраста.

72. Один реактивный лайнер за время трансконтинентального полёта использует до 50 млн. л кислорода – суточную потребность100 000

человек

73. Фотосинтез – управляемый процесс

• Улучшение освещённости растений
• Достаточное снабжение их водой и
минеральными веществами
• Поддерживание в теплицах и парниках
нужной температуры
• Поддерживание нужной концентрации
углекислого газа в воздухе теплиц.

74.

75.

КПД фотосинтеза равен 1% в расчете на
поглощённую световую энергию

76.

Продуктивность растений 1г/м2 час