БИОЛОГИЯ · 11 КЛАСС
Проект «Педагагічная скарбонка»
Молекулы, наследственность и эволюция

§ 22. Фотосинтез

Фотосинтез связывает поглощение света с образованием органических веществ из неорганического углерода. У растений он происходит в хлоропластах и включает несколько взаимосвязанных групп реакций.

Интерактивное исследование6 выводов2 интересных факта
22
Главный вопрос

Как световая энергия превращается в химическую, а углекислый газ — в органические вещества?

Биологическая лаборатория

Какой фактор ограничивает фотосинтез?

Изменяйте параметры и наблюдайте модель. Пояснение раскрывает механизм каждого результата — правильный ответ заранее знать не нужно.

Исследуйте изменения и читайте объяснения. Учебные схемы и числовые модели упрощены.

Разбираемся в теме

Четыре смысловых раздела
01

Пигменты и место процесса

Фотосинтез связывает поглощение света с образованием органических веществ из неорганического углерода. У растений он происходит в хлоропластах и включает несколько взаимосвязанных групп реакций. Хлорофиллы и дополнительные пигменты поглощают разные участки спектра и передают энергию реакционным центрам. Световые реакции размещены на мембранах тилакоидов, а фиксация углерода — в строме. Цианобактерии также фотосинтезируют, хотя хлоропластов у них нет.

Выделяем главное

Фотосистема
Пигмент-белковый комплекс поглощения света и запуска переноса электронов
Тилакоид
Мембранный мешочек хлоропласта, несущий компоненты световых реакций
Строма
Внутренняя среда хлоропласта вне тилакоидов
Выделяем главное
02

Световые реакции

Свет возбуждает электроны фотосистем и запускает их направленный перенос. В кислородном фотосинтезе вода отдаёт электроны, а кислород выделяется как побочный продукт.

Перенос электронов связан с накоплением протонов внутри тилакоида. Их поток через АТФ-синтазу обеспечивает образование АТФ, а восстановленный НАДФ переносит восстановительную способность. Поэтому продуктами светового этапа, нужными для дальнейшего синтеза, служат не свободные атомы водорода, а конкретные молекулярные переносчики.

Световые реакции дают три разных результата
  1. Вода
  2. Передача электронов
  3. Выделение O₂
  1. Перенос электронов
  2. Протонный градиент
  3. Синтез АТФ
  1. Фотосистема I
  2. Восстановление НАДФ
  3. НАДФ·Н
Фотолиз воды
Светозависимое окисление воды с высвобождением электронов, протонов и кислорода
НАДФ·Н
Восстановленная форма переносчика, обеспечивающая восстановительные реакции фотосинтеза
Фотофосфорилирование
Синтез АТФ, связанный со светозависимым переносом электронов
От схемы — к объяснению

Клетки листа мха с зелёными хлоропластами

Des_Callaghan · CC BY-SA 4.0
Wikimedia Commons · источник

Разнообразие листовых пластинок

Andrew Z. Colvin · CC BY-SA 4.0
Wikimedia Commons · источник

Носток — колонии цианобактерий

YAMAMAYA · CC BY-SA 3.0
Wikimedia Commons · источник

03

Фиксация углерода

В цикле Кальвина углерод углекислого газа включается в органические соединения. Для последующих превращений используются АТФ и восстановленный НАДФ световых реакций.

Часть образованных трёхуглеродных соединений идёт на синтез сахаров, а часть восстанавливает акцептор углекислого газа. Название «темновая фаза» означает отсутствие прямого поглощения фотона в этих реакциях, а не обязательное протекание ночью. Без постоянного энергетического обеспечения цикл не сможет долго продолжаться.

Углерод входит в цикл
  1. 1
    Фиксация CO₂

    Углерод присоединяется к акцептору.

  2. 2
    Восстановление

    Расходуются АТФ и НАДФ·Н.

  3. 3
    Отведение части продукта

    Углерод используется для синтеза сахаров.

  4. 4
    Восстановление акцептора

    Оставшаяся часть поддерживает новый оборот.

↻ Продолжение возвращает к началу цикла

Это схема функций цикла Кальвина, а не полный набор химических реакций.

Фиксация углерода
Включение неорганического углерода в органические соединения
Цикл Кальвина
Циклический путь фиксации и восстановления углерода в строме хлоропласта
Рубиско
Фермент, катализирующий присоединение углекислого газа к акцептору в цикле Кальвина
От схемы — к объяснению
04

Ограничения и значение

Интенсивность фотосинтеза зависит от света, доступности углекислого газа, воды и температуры. Увеличение одного фактора не всегда ускоряет процесс, если ограничивает другой.

Суммарное школьное уравнение связывает углекислый газ, воду, органический продукт и кислород, но не показывает промежуточные этапы. Фотосинтез формирует основу большинства пищевых сетей и участвует в круговороте углерода. Одновременно растения дышат, поэтому чистый газообмен отличается от валовой скорости фотосинтеза.

Выделяем главное

Лимитирующий фактор
Условие, которое в данный момент сильнее всего ограничивает скорость процесса
Валовой фотосинтез
Общее образование органического вещества до учёта затрат на дыхание
Чистый газообмен
Наблюдаемый итог одновременно протекающих процессов поглощения и выделения газов
Выделяем главное
Думаем как биологи

Разберите ситуацию

Почему удвоение освещённости не обязательно удвоит образование органического вещества?

Сверить рассуждение

Может не хватать углекислого газа, воды или ферментативной мощности при данной температуре. После насыщения по свету ограничение переходит к другим условиям.

Собираем главное

Шесть опорных выводов

01

Фотосинтез связывает поглощение света с образованием органических веществ из неорганического углерода. У растений он происходит в хлоропластах и включает несколько взаимосвязанных групп реакций.

02

Свет возбуждает электроны фотосистем и запускает их направленный перенос. В кислородном фотосинтезе вода отдаёт электроны, а кислород выделяется как побочный продукт.

03

В цикле Кальвина углерод углекислого газа включается в органические соединения. Для последующих превращений используются АТФ и восстановленный НАДФ световых реакций.

04

Интенсивность фотосинтеза зависит от света, доступности углекислого газа, воды и температуры. Увеличение одного фактора не всегда ускоряет процесс, если ограничивает другой.

05

Световые реакции поставляют АТФ и восстановленный переносчик. Фиксация углерода использует их для образования органических продуктов.

06

Реальная скорость определяется сочетанием условий. Суммарное уравнение не заменяет понимания промежуточных механизмов.

Проверьте себя10 вопросов · проверяем понимание темы
1. Какое понятие соответствует описанию? «Пигмент-белковый комплекс поглощения света и запуска переноса электронов»
2. Какое понятие соответствует описанию? «Мембранный мешочек хлоропласта, несущий компоненты световых реакций»
3. Какое понятие соответствует описанию? «Светозависимое окисление воды с высвобождением электронов, протонов и кислорода»
4. Какое понятие соответствует описанию? «Восстановленная форма переносчика, обеспечивающая восстановительные реакции фотосинтеза»
5. Какое понятие соответствует описанию? «Включение неорганического углерода в органические соединения»
6. Какое понятие соответствует описанию? «Циклический путь фиксации и восстановления углерода в строме хлоропласта»
7. Какое понятие соответствует описанию? «Условие, которое в данный момент сильнее всего ограничивает скорость процесса»
8. Какое понятие соответствует описанию? «Общее образование органического вещества до учёта затрат на дыхание»
9. Какое понятие соответствует описанию? «Внутренняя среда хлоропласта вне тилакоидов»
10. Какое понятие соответствует описанию? «Фермент, катализирующий присоединение углекислого газа к акцептору в цикле Кальвина»

Источники и иллюстрации

Основа: предоставленный параграф учебника «Биология. 11 класс», § 22 «Фотосинтез», издательство «Народная асвета». Материал переработан в учебный конспект по структуре и терминологии курса. Подписи, авторы и лицензии изображений приведены рядом с ними.

Конспект, схемы и задания работают без подключения к сети. Для внешних изображений требуется интернет.

↑

Загрузка прогресса…