Фотосинтез – образование органических веществ

• Благодаря этому процессу существует весь органический мир на Земле

• Это единственный процесс, когда происходит преобразование солнечной энергии в энергию органических веществ
• Это единственный процесс, когда происходит преобразование солнечной энергии в энергию органических веществ

• Этот процесс обеспечивает живой мир органическими веществами

• Это единственный процесс, который снабжает атмосферу кислородом

• Этот процесс защищает живой мир от действия губительных ультрафиолетовых лучей

Фотосинтез

Фотосинтез

Фотосинтез – (от греч. foto – «cвет» и synthesis – «соединение»

Фотосинтез – образование (синтез) органических веществ (углеводов) из неорганических веществ(СО 2 и Н 2 О) с использованием энергии света

Фотосинтез

Фотосинтез – (от греч. foto – «cвет» и synthesis – «соединение»

Фотосинтез – образование (синтез) органических веществ (углеводов) из неорганических веществ(СО 2 и Н 2 О) с использованием энергии света

6С 6 Н 12 О 6 + О 2

6 СО 2 + 6 Н 2 О

глюкоза

Фотосинтез

• Главным органом фотосинтеза является лист, в клетках которого имеются специализированные органоиды – хлоропласты

Листовая мозаика

• Листья имеет форму пластинки, что позволяет им ориентироваться в плоскости практически не затеняя друг друга, образуя листовую мозаику

Строение листа

Хлоропласты

Строение хлоропласта

Хлоропласт – органоид двояковыпуклой формы, что обеспечивает лучшее поглощение света

Фотосинтез

• К.А. Тимирязев (1871) впервые высказал идею о непосредственном участии хлорофилла в фотосинтезе

• Экспериментально установил, что фотосинтез осуществляется преимущественно в красных и синих лучах видимого спектра 

Тимирязев Климент Аркадьевич

Фотосинтез

Хлорофилл поглощает красную (680 нм) и синюю (450 нм) части спектра. Зеленый цвет они отражают и поэтому придают растениям зеленую окраску

Фазы фотосинтеза:

1. Световая фаза – протекает в гранах хлоропласта под влиянием энергии света

2. Темновая фаза – протекает в строме хлоропласта, для ее реакций не нужна энергия света

Световая фаза:

• Пигменты растений, участвующие в фотосинтезе, "упакованы" в мембранах тилакоидов  в виде функциональных единиц, называемых фотосистемами

Фотосистемы:

внутри тилакоида

фотосистема I

фотосистема II

цитохром

снаружи тилакоида

Фотосистемы:

• Основными ловцами световых частиц являются две формы хлорофилла: П 700 и П 680 (П – пигмент, 700 и 680 – максимум поглощения света в нм). Другие пигменты выполняют вспомогательную роль

Световая фаза:

1. Молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает квант света и переходит в возбужденное состояние. При этом электрон выбивается из молекулы хлорофилла

2. Богатый энергией электроны, поступает в особую цепь переносчиков и передаются на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются и мембрана заряжается отрицательно

Световая фаза:

внутри тилакоида

снаружи тилакоида

Световая фаза:

3. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом П 680 фотосистемы ІІ , переводит электрон в возбужденное состояние и выбивает его из молекулы

4. Электрон захватывается акцепторами переносчиками, перемещаясь от одного акцептора к другому, он теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ

Световая фаза:

АТФ

Световая фаза:

5. Электрон поступает в фотосистему I и восстанавливает молекулу П 700 . При этом молекула П 70О  возвращается в исходное

состояние и становится вновь способной поглощать свет

6. Молекула хлорофилла П 680 фотосистемы II восстанавливает свой электрон за счет фотолиза воды, т.е. расщепление воды под действием энергии света на Н + + ОН -

Световая фаза:

Н 2 О

= Н + + ОН -

Н +

Н +

Н +

Световая фаза:

7. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н + -резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно

8. При достижении критической величины разности потенциалов протоны Н + проталкиваются через канал АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза молекул АТФ

Световая фаза:

Н 2 О

= Н + + ОН -

Н +

Н +

Н +

АТФ

Н + + е Н 0

НАДФ + 2Н = НАДФ ·Н 2

Световая фаза:

9. 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

Н + + е Н 0

2Н + НАДФ = НАДФ ·Н 2

Световая фаза:

4ОН 2Н 2 О +О 2

ОН - е ОН

Световая фаза:

Ионы гидроксильной группы отдают свои электроны, превращаясь в радикалы:

ОН - е ОН. Этот электрон закрывает «дыру» в молекуле хлорофилла фотосистемы II. 4ОН 2Н 2 О +О 2

• Таким образом, в результате переноса электронов и протонов через мембрану происходит превращение световой энергии в химическую энергию связей молекул АТФ – фотофосфорилирование

Световая фаза:

Н 2 О

НАДФ

• Следовательно, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II и I, и затем к НАДФ – нециклический поток электронов

Световая фаза:

• Таким образом, энергия солнечного света порождает три процесса:

1) Образование кислорода вследствие фотолиза воды

2) Синтез АТФ

3) Образование атомов водорода в форме НАДФ ·Н 2

Световая фаза:

Темновая фаза:

Темновая фаза:

1. Протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований CO 2

2. Ферменты связывают пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые последовательно восстанавливаются до молекулы глюкозы

Цикл Кальвина:

Темновая фаза:

Хемосинтез

Хемосинтез – это образование органических веществ из неорганических веществ за счёт энергии, полученной в результате реакций окисления неорганических соединений (сероводород, водород, аммиак)

Хемосинтез производится бактериями, не содержащими хлорофиллы

Хемосинтез был открыт в 1887 году Виноградским С.Н.

Домашнее задание

§11-12