Фотосинтез 1 Классификация организмов по способу питания



Скачать 67.96 Kb.
Дата07.08.2016
Размер67.96 Kb.
ФОТОСИНТЕЗ
1) Классификация организмов по способу питания

(способу получения органических веществ)


Автотрофы (неорг. -> орг.) могут синтезировать

органические в-ва из неорганических.


Гетеротрофы (орг. -> орг.) получают органические вещества

в готовом виде (из еды).


2) Классификация организмов по способу получения энергии (АТФ)
Фотосинтетики (солнечную Е -> АТФ)

Хемосинтетики (Е химических связей, окисл.-восст. реакций -> АТФ)
Лирическое отступление о насекомоядных растениях.
FAQ: Куда отнести насекомоядные растения?

Росянка - насекомоядное растение.


Липкие волоски на листьях росянки. Капли жидкости на волосках

содержат пищеварительные ферменты.
Росянка: http://www.lnip-bg.ru/lnip-bg/Lections10Bio/Rosyanka.mp4

Листья Венериной мухоловки.


Все насекомоядные растения обитают на болотах -> в почве мало кислорода и азота -> в почве мало азотфиксирующих бактерий
Азотфиксирующие бактерии - автотрофы, хемосинтетики. Они получают

энергию для синтеза АТФ от такой вот реакции: N2 + 2O2 -> 2NO2 (нитрат)


Азотфиксирующие бактерии обитают в корнях растений семейства Бобовые, где они образуют т.н. "клубеньки", или в почве.

Корень люпина с клубеньками.


Люпин - растение из семейства Бобовые - ценная кормовая культура.


Если в почве нет азотфиксирующих бактерий, то у растений возникает дефицит азота -> растения находят иной источник азота - животные белки -> растения становятся насекомоядными.
Симбиоз растений семейства Бобовые с азотфиксирующими бактериями

резко повышает плодородие почвы, обогащая её нитратами.


С другой стороны, сами бобовые содержат много азота в виде белков.
Ответ на FAQ: насекомоядные растения - обычные автотрофы, фотосинтетики.

Они имеют нормальные, зелёные листья. Для восполнения дефицита азота

они иногда ловят насекомых.
4) Стратегия фотосинтеза:
Общую формулу фотосинтеза изображают так: CO2 + H2O -> n*C6Н12О6 + О2,

но это не совсем правильно.


Точнее так:
а) H2O -> Н+ + е + О2 -> хемиосмос -> синтез АТФ
б) Н+ + е + CO2 -> C6Н12О6 синтез углеводов
Таким образом в процессе фотосинтеза решаются 2 задачи:

синтез АТФ и синтез углеводов.
5) Молекулы-переносчики атомов водорода


Переносчик

Функция

Источник

НАДФ

Переносит атомы водорода в цикл Кальвина

Витамин В3


6) Строение хлоропласта

7) Хлорофилл
Находится в мембранах тилакоидов (в ЭТЦ), участвует в хемиосмосе.
В состав хлорофилла входит Mg - важнейший элемент для растений. При дефиците магния у растений развивается хлороз - обесцвечивание листьев.
8) Световая фаза фотосинтеза

Процессы световой фазы идут на мембранах тилакоидов, на свету.
см. п. 1 - Фотолиз воды.
а) Кванты света падают на молекулы хлорофилла и "выбивают" из них электроны.

б) Электроны хлорофилла оказываются в строме.

в) Хлорофиллы отбирают электроны у молекул ЭТЦ.

г) В конце концов электроны отбираются у молекул воды.

д) Молекулы воды распадаются на протоны Н+, электроны ē и кислород

(этот процесс называется фотолизом воды).

е) Кислород удаляется из хлоропласта, протоны остаются внутри тилакоида.

ж) На мембране тилакоида образуется разность потенциалов:



+ внутри, - снаружи.
см. п. 2 - Хемиосмос в хлоропласте.
а) Протоны "утекают" из тилакоидов через фермент АТФазу.

АТФаза денатурирует и изменяет свою форму.

б) При этом АТФаза сближает молекулы АДФ и фосфатан). Синтезируется АТФ.

в) Протоны и электроны присоединяются к переносчику НАДФ.


В хлоропласт поступает следующая молекула воды и процесс продолжается.
9) Темновая фаза фотосинтеза
Процессы темновой фазы протекают в строме, как на свету, так и в темноте.

Происходит фиксация углекислого газа в виде твёрдых углеводов.


см. п. 3 - Цикл Калвина.


а) К 5-углеродным молекулам рибулёзодифосфата (акцептор углекислоты)

присоединяются СО2 и атомы водорода, доставляемые переносчиками НАДФ.

б) Образуются 6-углеродные молекулы. Они нестойки и сразу распадаются

на 3-углеродные фрагменты.

в) В строме образуется множество таких фрагментов.

г) Часть этих 3-углеродных молекул преобразуются в рибулёзодифосфат

(5 С3 -> 3 С5). Происходит регенерация (восстановление) акцептора углекислоты.

д) Другая часть преобразуется в углеводы (2 С3 -> С6)


Цикл продолжается до тех пор, пока в хлоропласт поступают СО2 и НАДФ*H.
Хотя процесс и носит название "темновой фазы", но в темноте быстро прекращается из-за дефицита НАДФ*Н, так как атомы водорода образуются из воды только на свету.
Процесс открыт М. Калвином.

Мелвин Калвин (НП 1961 г.)


10) Экология фотосинтеза
С-4 ПУТЬ ФОТОСИНТЕЗА
Углекислый газ поступает в растение, а кислород выходит из него

только через устьица - регулируемые отверстия на нижней стороне листа.


Микроскопическое строение эпидермиса нижней стороны листа.


У растений сухих тропиков возникает проблема:
В жаркий день идёт фотолиз воды и образуется много АТФ и НАДФ-Н,

но фотосинтез не идёт, так как растения не могут открыть устьица и получить СО2. Если они откроют устьица, то потеряют много воды и высохнут.


Выход: надо что-то накапливать заранее (или Н, или СО2 )
Ночью растения запасают углекислый газ в виде щавелевоуксусной кислоты (ЩУК), присоединяя его к 3-углеродному соединению: СО2 + С3 -> С4 (ЩУК)
Днём растения получают углекислый газ из ЩУК и могут не открывать устьиц:

(ЩУК) С4 -> СО2 + С3


Это и есть С4-путь фотосинтеза. Название происходит от 4-углеродной ЩУК, являющейся запасом углекислого газа.
Такой способ фотосинтеза используют тропические злаки:

кукуруза, сорго, просо, бамбук, сахарный тростник.
Они способны вырасти до 2м за сезон даже в засушливых условиях.
САМ - ПУТЬ ФОТОСИНТЕЗА (CAM - Crassula Acid Methabolism)
Используется растениями семейства Толстянковые (Crassulaсеае)

Толстянки.


Толстянки тоже обитают в сухих и жарких условиях.

Ночью: СО2 + С3 -> не ЩУК, а другие органические кислоты.

Днём: органические кислоты -> СО2 + С3.
ВЛИЯНИЕ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ

Хлорофилл поглощает красную (680 нм) и синюю (450 нм) части спектра.

Более важен для растения синий свет.


Вопрос: почему растения зелёные? или какого цвета должны быть шторы

в комнате, чтобы растения сдохли?


ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Скорость фотосинтеза с определённого момента становится постоянной. Дальнейший рост становится невозможен из-за того, что ограничены:

а) количество хлорофилла

б) количество НАДФ

в) скорость поступления Н2О, СО2 в хлоропласт и др.


ВЛИЯНИЕ ПРОЧИХ ФАКТОРОВ

Эксперимент 1:

температура 25о С, нормальная концентрация СО2 в атмосфере (0,04 %)


Эксперимент 2:

температура 15о С, нормальная концентрация СО2 в атмосфере (0,04 %)


Эксперимент 3:

температура 25о С, высокая концентрация СО2 в атмосфере (0,4 %)


Эксперимент 4:

температура 15о С, высокая концентрация СО2 в атмосфере (0,4 %)


Выводы:
а) Каждому растению для фотосинтеза необходима минимально допустимая температура. У холодостойких растений эта температура ниже,

у теплолюбивых - выше.


б) Растения на Земле испытывают дефицит СО2.
Источник кислорода в атмосфере

Для доказательства того, что источником кислорода является вода

был применён метод меченых атомов - "тяжёлый" кислород, ядра которого содержат лишние нейтроны (отмечен красным цветом).


Если растение получает воду с тяжёлым кислородом, то он выделяется в виде О2.
Если тяжёлый кислород содержится в СО2, то он включается в состав углеводов6Н12О6), а в газообразном кислороде отсутствует.
Проблема сжигания органического топлива
Согласно закону сохранения вещества, сколько кислорода выделено растением в течение жизни, столько же будет потрачено на окисление останков растения после его гибели.
СО2 + Н2О < -- > С6Н12О6 + О2
Тогда кислород в атмосфере имеется лишь потому, что часть углеводов

(древесина) не подверглась окислению, то есть "законсервирована"

в виде каменного угля и торфа.
Сжигание твёрдого топлива приводит к снижению концентрации О2

в атмосфере к уровню, существовавшему на ранних этапах эволюции Земли.


Правда пока современные растения испытывают дефицит СО2 (см. выше)
В связи с вышеизложенным задумайтесь об истинности афоризма: "Леса - это

лёгкие планеты". Правильнее было бы: "Болота - это лёгкие планеты"


Для повторения: Видеофайл "Фотосинтез" (по-английски, но всё понятно)

http://www.lnip-bg.ru/lnip-bg/Lections10Bio/Photosynthesis.mp4
Заполните блок-схему "Фотосинтез"

Ссылка на файл для печати блок-схемы:

http://www.lnip-bg.ru/lnip-bg/Lections10Bio/10PhotosynthesisScheme.jpg


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница