Фотосинтез Питание Это процесс поглощения организмом

Фотосинтез

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

Питание автотрофное гетеротрофное миксотрофное

Питание растений Воздушное (фотосинтез) Минеральное (почвенное)

Фотосинтез ( «фото» -свет, «синтез» -образование) • - это процесс образования органических веществ из воды и углекислого газа под действием солнечного света

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.

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

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

Опыт Джозефа Пристли

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.

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

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

Устьица • Через устьица происходит газообмен

Растительная клетка

Хлоропласты

Хлоропласты под микроскопом

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

Строение хлоропласта

Строение хлоропласта

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

Приспособления листьев к лучшему усвоению света

Приспособленность листьев к лучшему усвоению света • • • Прикорневые розетки Гелиотропизм Листовая мозаика Черешок, стебель выносят листья к свету Плоская поверхность листа Прозрачность клеток кожицы

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

Молекула хлорофилла • Длинная боковая гидрофобная цепь (С 20 Н 39) служит не только для закрепления молекулы хлорофилла в липидном слое мембраны тилакоида, но и для придания ей определённой ориентации.

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

• 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

Фотосистемы Фотосистема II • Реакционный центр этой фотосистемы образован тоже специфичной хлорофиллом а и молекулой обозначается Р 680 хлорофилла а и обозначается Р 700 • Р – это пигмент • 700 – это длина волны

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.

Световые реакции 2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны воды, так как вода под действием света подвергается фоторазложению (фотолизу): Н 2 О ОН- + Н+; ОН- _ е ОН 0 Гидроксилы ОН-, став радикалами ОН 0, объединяются: 4 ОН 0 2 Н 2 О +О 2 , образуя воду и свободный кислород, который выделяется в атмосферу.

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.

Световые реакции 4. При достижении критической разности потенциалов (200 м. В) 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.

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

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.

Темновые реакции • Осуществляются в строме хлоропласта, куда поступают АТФ, НАДФ Н от тилакоидов гран и СО 2 из воздуха. Кроме того, там постоянно находятся пятиуглеродные соединения – пентозы С 5, которые образуются в цикле Кальвина (цикле фиксации углекислого газа). Упрощённо этот цикл можно представить следующим образом:

Темновые реакции 1. К пентозе С 5 присоединяется СО 2, в результате чего появляется нестойкое шестиуглеродное соединение С 6, которое расщепляется на две трёхуглеродные группы 2 С 3 – триозы.

Темновые реакции 2. Каждая из триоз 2 С 3 принимает по одной фосфатной группе от двух АТФ, что обогащает молекулы энергией. 3. Каждая из триоз 2 С 3 принимает по одному атому водорода от двух НАДФ Н. 4. После чего одни триозы объединяются, образуя углеводы 2 С 3 С 6 Н 12 О 6(глюкоза). 5. Другие триозы объединяются, образуя пентозы 5 С 3 3 С 5, и вновь включаются в цикл фиксации углекислого газа.

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

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.

Тимирязев Климент Аркадьевич 1843 - 1920

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.

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.

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

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.

КПД фотосинтеза равен 1% в расчете на поглощённую световую энергию

Продуктивность растений 1 г/м 2 час