При изучении фотосинтеза ученые установили что свободный кислород который выделяется в атмосферу
История открытия и изучения фотосинтеза
Фотосинтез — один из важнейших биологических процессов, протекающих в природе, ведь именно благодаря ему происходит образование органических веществ из углекислого газа и воды под действием света, а главное — выделяется кислород.
История изучения фотосинтеза началась в 1600 г., когда бельгийский ученый Ян Ван Гельмонт провел несложный эксперимент — поместил веточку ивы (предварительно измерив ее вес) в мешок с 80 кг земли и на протяжении пяти лет поливал дождевой водой. За это время вес ивы увеличился на 65 кг, при том что масса земли уменьшилась всего на 50 г. Откуда взялась столь внушительная прибавка в весе, для ученого осталось загадкой.
Следующий шаг к открытию фотосинтеза был сделан Джозефом Пристли в 1771 г. Он поместил мышь под колпак и через пять дней увидел, что та умерла. Тогда он посадил под колпак еще одну мышь, но рядом с ней положил веточку мяты — и в итоге мышь осталась живой. Это навело ученого на мысль, что существует некий процесс, противоположный дыханию, и что зеленые растения способны очищать и восстанавливать воздух, «испорченный» животными. Через несколько лет после этого открытия Пристли опытным путем узнал о существовании кислорода и понял — первая мышь умерла от его отсутствия, а вторая выжила благодаря веточке мяты, которая выделяла этот важный элемент.
В 1782 г. швейцарский ученый Ж. Сенебье доказал, что углекислый газ (СО2) под воздействием света разлагается в зеленых органоидах растений — хлоропластах. А пять лет спустя французский ученый Ж. Буссенго обнаружил, что растения поглощают воду не только при разложении, но и при синтезе органических веществ.
Тем не менее исследователи второй половины XIX — начала ХХ в. рассматривали фотосинтез как одноактный процесс разложения углекислого газа посредством хлорофилла — сложного органического соединения, которое придает листьям зеленую окраску и поглощает солнечный свет. В 1864 г. немецкому ботанику Ю. Саксу удалось рассчитать пропорцию потребляемого углекислого газа и выделяемого кислорода — 1:1. Таким образом, была выведена общая формула этого процесса: вода + углекислый газ + свет → углеводы + кислород (6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2).
В 1871 г. К. Тимирязев высказал идею о том, что в ходе фотосинтеза хлорофилл подвергается обратимым окислительно-восстановительным превращениям. В 1905 г. английский физиолог растений Фредерик Блэкман установил основные этапы фотосинтеза, показав, что процесс начинается при слабом освещении и с увеличением светового потока скорость реакций возрастает, однако на определенном этапе дальнейшее усиление освещения уже не приводит к повышению активности фотосинтеза; что повышение темпера-туры при слабом освещении не влияет на скорость фотосинтеза, но при одновременном повышении температуры и усилении освещения скорость процесса растет гораздо заметнее, чем при одном лишь усилении освещения. На основании этих экспериментов Блэкман заключил, что происходят два процесса: первый зависит от уровня освещения, а не от температуры, тогда как второй определяется температурой независимо от яркости света. Позже два процесса получили название «световой» и «темновой» фаз, что не вполне корректно: хотя реакции «темновой» фазы идут и при отсутствии света, но для них необходимы продукты «световой» фазы.
В 1945 г. А. Виноградова и Р. В. Тейс обнаружили совпадение изотопного состава кислорода природной воды и синтезированной из водорода и кислорода, выделяемого зеленым листом на свету (фотосинтетического). С. Рубен и М. Камен применили в исследованиях иной принцип. Сначала они дали водорослям воду, обогащенную 18О, ― и растения выделили кислород с очень высокой концентрацией этого изотопа. Затем ученые «подкормили» водоросли углекислым газом, также обогащенным 18О, ― однако на выделенном кислороде это не сказалось. Тогда-то и стало ясно, что основная масса кислорода, выделяемого при фотосинтезе, принадлежит воде, то есть место имеет не разложение СО2, а распад молекулы воды, вызываемый энергией света.
Собственно, расщепление воды происходит в первой, «световой» фазе фотосинтеза. Еще в 1930-х это показал К. Б. ван Ниль в ходе изучения пурпурной серобактерии, которой для фотосинтеза нужен сероводород (H2S). Как оказалось, в качестве побочного продукта жизнедеятельности бактерия выделяет атомарную серу, а уравнение ее фотосинтеза выглядит так: СО2 + Н2S + свет → углевод + 2S.
Поскольку у серобактерий, в чьем метаболизме роль кислорода играет сера, фотосинтез возвращает эту серу, ван Ниль предположил, что в любом фотосинтезе источником кислорода является не углекислый газ, а вода. Последующие исследования подтвердили: первой стадией процесса является расщепление молекулы воды. Само улавливание энергии состоит из двух этапов и осуществляется в раздельных кластерах молекул — фотосистеме I и фотосистеме II. Номера кластеров отражают порядок, в котором эти процессы были открыты, однако реакции происходят сначала в фотосистеме II и лишь затем — в фотосистеме I.
Итак, процесс запускается в фотосистеме II, когда излучаемые солнцем фотоны попадают в молекулы хлорофилла, содержащиеся в мембранах клеточных органелл хлоропластов. Фотон сталкивается с 250—400 молекулами фотосистемы II, и энергия, резко возрастая, передается молекуле хлорофилла. В результате молекула хлорофилла теряет два электрона (которые принимает другая молекула — акцептор электронов), а молекула воды распадается, и электроны ее атомов водорода возмещают электроны, потерянные хлорофиллом.
После этого выстроенные цепочкой молекулы-переносчики быстро перебрасывают электроны на более высокий уровень, и часть выделенной энергии идет на образование аденозинтрифосфата (АТФ) — одного из основных аккумуляторов энергии в клетке. Тем временем молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает фотон и отдает электрон другой молекуле-акцептору, а на место утерянной заряженной частицы встает электрон, прибывший по цепи переносчиков из фотосистемы II. Энергия электрона фотосистемы I и ионы водорода, образовавшиеся при расщеплении воды, идут на образование НАДФ-Н — еще одного источника энергии.
После того как солнечная энергия поглощена и запасена, наступает черед образования глюкозы. Основной механизм синтеза сахаров в растениях был открыт Мелвином Калвином, который в 1940-х вырастил водоросль в присутствии углекислого газа, содержащего радиоактивный углерод-14. Прерывая фотосинтез на разных стадиях, ученый установил химические реакции «темновой» фазы и открыл так называемый цикл Калвина — процесс превращения солнечной энергии в глюкозу.Сначала молекулы углекислого газа соединяются с «помощником» — пятиуглеродным сахаром рибулозодифосфатом (РДФ). Затем за счет энергии солнечного света, запасенной в АТФ и НАДФ-H, происходит шестиуровневая цепочка реакций связывания углерода с образованием глюкозы, выделением кислорода и воссозданием РДФ.
Очевидно, что обеспечение кислородом земной атмосферы — далеко не единственная цель фотосинтеза. Этот биологический процесс необходим не только людям и животным, но и самим растениям, основу жизнедеятельности которых составляют органические вещества, образующиеся в ходе фотосинтеза.
Что такое фотосинтез? История открытия процесса, фазы фотосинтеза и его значение.
Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.
История открытия фотосинтеза
В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.
Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.
Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.
Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.
Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.
После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».
Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.
И как часто бывает в науке, помог его величество случай.
Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.
Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.
В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.
И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.
Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.
Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.
Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.
А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.
Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.
Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.
Значение фотосинтеза для жизни на Земле
И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.
Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.
Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.
Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.
К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.
Определение и формула фотосинтеза
Определение и формула фотосинтеза
Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.
Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:
Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод
или (на языке формул):
Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.
Фазы фотосинтеза
К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.
Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:
Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.
Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.
Световая фаза фотосинтеза
Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н2О.
Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.
Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.
Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:
Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.
Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.
На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.
Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:
У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.
При изучении фотосинтеза ученые установили что свободный кислород который выделяется в атмосферу
Во время эксперимента учёный измерял скорость фотосинтеза в зависимости от света. Концентрацию углекислого газа и температуру он поддерживал постоянными. Объясните, почему при повышении интенсивности света активность фотосинтеза сначала растёт, но начиная с определённой интенсивности перестаёт расти и выходит на плато (см. график).
1) в световой стадии фотосинтеза энергия света превращается в энергию АТФ, используемую в темновой стадии;
2) соответственно, чем больше света, тем больше энергии и тем быстрее идёт фотосинтез;
3) однако начиная с определённой интенсивности света уже так много, что быстрее скорость фотосинтеза быть не может, все белки работают с максимальной скоростью
Анатолий Дмитриев 15.12.2016
К пояснению претензий нет, но, тем не менее, предлагаю такой вариант:
В световую фазу фотосинтеза образуются АТФ и НАДФН. Скорость процессов световой фазы фотосинтеза зависит от интенсивности освещения.
В темповую фазу фотосинтеза из углекислого газа и водорода НАДФН синтезируется глюкоза. Эта стадия включает последовательность ферментативных реакций. Реакции идут с затратой АТФ.
Рост скорости фотосинтеза пропорционально освещённости свидетельствует о том, что ограничивающим фактором реакций фотосинтеза являлось образование АТФ и НАДФН в световую стадию.
Начиная с определённой интенсивности освещённости АТФ и НАДФН образуется в избытке, и они уже не ограничивают общую скорость фотосинтеза. Можно предположить, что ограничивающими факторами становятся концентрация углекислого газа и/или мощность ферментативных систем. Для проверки гипотезы о том, что при высокой интенсивности освещения скорость фотосинтеза ограничивается концентрацией углекислого газа, нужно изменить концентрацию углекислого газа, сохраняя неизменной температуру. Для проверки гипотезы о том, что при высокой интенсивности освещения скорость фотосинтеза ограничивается мощностью ферментативных систем, нужно изменить температуру, поддерживая постоянной концентрацию углекислого газа.
Здравствуйте! А если написать «чем больше света, тем больше растение получает фотонов, инициирующих процесс фотосинтеза» (т.е. не прозвучало слово ЭНЕРГИЯ), считается ли это ошибкой?
Мне кажется, засчитают как правильный ответ
Существует множество факторов, влияющих на эффективность фотосинтеза у наземных растений. Учёные решили исследовать влияние концентрации углекислого газа на рост проростков пшеницы. Проростки растили при трёх различных концентрациях углекислого газа, а эффективность фотосинтеза (измерялась по количеству поглощенного СO2) определялась при различной интенсивности светового потока. Результаты были занесены в таблицу.
Изучите таблицу 1 и выберите верные ответы
1. При концентрации СO2 1300 частей на миллион фотосинтез идёт наиболее эффективно.
2. Сила света, при которой эффективность фотосинтеза при 500 частей/миллион перестаёт расти = 10000 люмен.
3. При концентрации СO2 280 частей/миллион эффективность фотосинтеза не зависит от силы света.
4. Сила света, при которой эффективность фотосинтеза при 500 частей/миллион перестаёт расти = 5000 люмен.
5. При концентрации СO2 500 частей на миллион фотосинтез идёт наиболее эффективно.
Ответ впишите в порядке возрастания.
1. При концентрации СO2 1300 частей на миллион фотосинтез идёт наиболее эффективно.
3. При концентрации СO2 280 частей/миллион эффективность фотосинтеза не зависит от силы света.
Концентрация СО2 в 280 частей на миллион настолько мала, что света любой силы хватает для максимально эффективного для такой концентрации СО2 фотосинтеза. Или эффективность фотосинтеза зависит и от концентрации СО2, и от силы света, но при такой низкой концентрации СО2 именно она служит ограничивающим фактором.
2 и 4. Т.к. сила света, при которой эффективность фотосинтеза при 500 частей/миллион перестаёт расти = 15000 люмен.
5. При концентрации СO2 500 частей на миллион фотосинтез идёт наиболее эффективно.
Скорость фотосинтеза зависит от факторов, среди которых выделяют свет, концентрацию углекислого газа, воду, температуру. Почему эти факторы являются лимитирующими для реакций фотосинтеза?
1) Свет — источник энергии для световых реакций фотосинтеза; при его недостатке интенсивность фотосинтеза снижается;
2) СО2 — основной компонент реакций синтеза глюкозы (углеводов); при его недостатке интенсивность фотосинтеза снижается. Вода является донором электронов для ЭТЦ тилакоидов в световой фазе фотосинтеза. При недостатке воды закрываются устьица, поэтому снижается поступление углекислого газа, поэтому снижается интенсивность фотосинтеза.
3) все реакции фотосинтеза осуществляются при участии ферментов, активность которых зависит от температуры.
Лимитрующие факторы — факторы, которые при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов.
Скорость фотосинтеза возрастает линейно, или прямо пропорционально, увеличению интенсивности света. В области лимитирования светом скорость фотосинтеза не изменяется при уменьшении концентрации СО2.
Вода доставляет минеральные вещества от корня; обеспечивает испарение и растворение веществ; понижение или повышение температуры ведет к денатурации ферментов, замедляет процесс фотосинтеза.
Вода не является компонентом реакций синтеза глюкозы. Таким компонентом является только углекислый газ. Цикл Кальвина, в котором происходит синтез сахарофосфатов (из которых потом и образуется глюкоза, дисахара, полисахариды, ЖК, амк), фиксирует только CO2 и восстанавливает его с помощью НАДФН. Вода же используется только как донор электронов для ЭТЦ тилакоидов в световой фазе фотосинтеза. Но, так как вода самое распространенное вещество в любой клетке, считать ее лимитирующим фактором нельзя. Воды всегда хватает для фотосинтеза, даже в условиях засухи, так как в этом случае растение закрывает устьица на весь дневной период для экономии влаги, что приводит к быстрому расходованию углекислого газа. Поэтому в даже в условиях засухи лимитировать фотосинтез будет не вода, а СО2.
Рекомендую убрать воду из списка лимитирующих факторов в тексте задания и пояснении к нему.
При недостатке воды растение будет закрывать устьица, сбрасывать листья, увядать. Эти процессы препятствуют фотосинтезу.
В Вашем мнении смешано три факта, которые не доказывают, что вода это лимитирующий фактор.
Вы отвечаете: «При недостатке воды растение будет закрывать устьица» — да, такая реакция у растения возможна, но закрытые устьица в условиях светового дня гораздо быстрее приводят к расходованию углекислого газа в процессе фотосинтеза, а не воды, так как СО2 в несколько порядков меньше, чем воды в растении. Здесь лимитирует скорость фотосинтеза снова CO2, но не вода.
Вы пишите: «При недостатке воды растение будет. сбрасывать листья, увядать. Эти процессы препятствуют фотосинтезу.» Именно «препятствуют». А точнее сказать, листовой опад в принципе отменяет фотосинтез в растении. Поэтому считать воду (из-за снижения давления которой произошел листовой опад) фактором, снижающим скорость фотосинтеза, это все равно, что считать деньги лимитирующим фактором в реакции получения водорода, потому что из-за их отсутствия мы не смогли приобрести аппарат Киппа, в котором должна идти реакция получения водорода.
На ЕГЭ по биологии в 2013 году задание было предложено именно в такой формулировке, менять ее мы не будем. Если вы сможете убедить нас в том, что составители ЕГЭ ошиблись, задавая такой вопрос, так и напишем. Пока находим ваше мнение слишком категоричным. Опрошенные нами специалисты с вами не согласны.
Полагаем, что лимитирующий фактор не обязательно должен влиять на фотосинтез прямо. Это влияние может быть и опосредованным. На фотосинтез, в первую очередь, влияют концентрация углекислого газа и освещенность, но влияют также температура окружающей среды, обеспеченность растения водой и минеральными элементами. При недостатке воды закрываются устьица, поэтому снижается поступление углекислого газа, из-за чего снижается интенсивность фотосинтеза. Но первопричина — недостаток воды. Если вы не разделяете эту позицию, приведите, пожалуйста, ссылки на авторитетные источники, подтверждающие вашу точку зрения.
Спасибо за внесенные исправления в п.2 пояснений. Прежде всего, я ратовал именно за исключение воды как «основного компонента реакций синтеза глюкозы». Считать или не считать воду фактором, лимитирующим скорость фотосинтеза, оставим на личное усмотрение каждого. Прямо недостаток воды не влияет на скорость фотосинтеза, лишь опосредованно.
Каково значение фотосинтеза в природе?
1) обеспечивает организмы органическими веществами
2) обогащает почву минеральными веществами
3) способствует накоплению кислорода в атмосфере
4) обогащает атмосферу парами воды
5) обеспечивает большинство живых организмов на Земле энергией
6) обогащает атмосферу молекулярным азотом
1. Фотосинтез – основной источник органических (первичных) веществ на Земле (он обеспечивает живые организмы веществом и энергией; для человека – пища, энергия, строительный материал)
2. Фотосинтез – источник кислорода атмосферы. Весь атмосферный кислород образуется в результате фотосинтеза (кислород необходим для процессов горения, окисления, дыхания)
(1) обеспечивает организмы органическими веществами — фотосинтез;
(2) обогащает почву минеральными веществами — деструкция (разрушение) органических веществ, осуществляемая редуцентами (сапртрофными бактериями и сапротрофными грибами);
(3) способствует накоплению кислорода в атмосфере — фотосинтез;
(4) обогащает атмосферу парами воды — транспирация (испарение воды листьями растений);
(5) обеспечивает большинство живых организмов на Земле энергией — фотосинтез;
(6) обогащает атмосферу молекулярным азотом — денитрификация (восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота, осуществляется денитрифицирующими бактериями).
Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания темновой фазы фотосинтеза в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) восстановление углекислого газа до глюкозы
2) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света
3) соединение водорода с переносчиком НАДФ+
4) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов
5) образование молекул крахмала из глюкозы
СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (происходит на свету на мембранах тилакоидов):
1) возбуждение хлорофилла (a и b) и перемещение электронов;
2) фотолиз (разложение) молекул воды и образование (выделение) кислорода и водорода (протонов);
3) синтез молекул АТФ;
4) соединение водорода со специальным переносчиком НАДФ+ и образование НАДФ∙H.
ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (свет не нужен, происходит в строме хлоропласта):
1) в строму поступают НАДФ∙H, АТФ и CO2;
2) связывание CO2 с рибулозодифосфатом (C5-углевод) – фиксация неорганического углерода (C6-углевод);
3) C6-углевод распадается на 2 триозы (C3-углевод);
4) присоединение к триозам фосфатов (от АТФ) – активирование триоз (синтез триозофосфатов);
5) восстановление триоз (за счет протонов НАДФ∙H);
6) синтез глюкозы (соединение двух триоз);
7) синтез крахмала из глюкозы.
(1) восстановление углекислого газа до глюкозы — темновая фаза фотосинтеза;
(2) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света — признак выпадает (световая фаза фотосинтеза);
(3) соединение водорода с переносчиком НАДФ+ — признак выпадает (световая фаза фотосинтеза);
(4) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов — темновая фаза фотосинтеза;
(5) образование молекул крахмала из глюкозы — темновая фаза фотосинтеза.
Все перечисленные ниже понятия и процессы, кроме двух, используют для описания световой стадии фотосинтеза в клетке растения. Определите два понятия, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны
1) перемещение электронов
4) восстановление углерода водородом
СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (происходит на свету на мембранах тилокоидов):
1) возбуждение хлорофилла (a и b) и перемещение электронов;
2) фотолиз (разложение) молекул воды и образование (выделение) кислорода и водорода (протонов);
3) синтез молекул АТФ;
4) соединение водорода со специальным переносчиком НАДФ+ и образование НАДФ∙H.
ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (свет не нужен, происходит в строме хлоропласта):
1) в строму поступают НАДФ∙H, АТФ и CO2;
2) связывание CO2 с рибулозодифосфатом (C5-углевод) – фиксация неорганического углерода (C6-углевод);
3) C6-углевод распадается на 2 триозы (C3-углевод);
4) присоединение к триозам фосфатов (от АТФ) – активирование триоз (синтез триозофосфатов);
5) восстановление триоз (за счет протонов НАДФ∙H);
6) синтез глюкозы (соединение двух триоз);
7) синтез крахмала из глюкозы.
(1) перемещение электронов — световая фаза фотосинтеза;
(2) фотолиз воды — световая фаза фотосинтеза;
(3) окисление НАДФ·Н — признак выпадает (характерен для темновой фазы фотосинтеза);
(4) восстановление углерода водородом — признак выпадает (характерен для темновой фазы фотосинтеза);
(5) фотофосфорилирование — световая фаза фотосинтеза (процесс синтеза АТФ из АДФ за счёт энергии света).
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания фотосинтеза. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
4) восстановление углерода
СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (происходит на свету на мембранах тилакоидов):
1) возбуждение хлорофилла (a и b) и перемещение электронов;
2) фотолиз (разложение) молекул воды и образование (выделение) кислорода и водорода (протонов);
3) синтез молекул АТФ;
4) соединение водорода со специальным переносчиком НАДФ+ и образование НАДФ∙H.
ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (свет не нужен, происходит в строме хлоропласта):
1) в строму поступают НАДФ∙H, АТФ и CO2;
2) связывание CO2 с рибулозодифосфатом (C5-углевод) – фиксация неорганического углерода (C6-углевод);
3) C6-углевод распадается на 2 триозы (C3-углевод);
4) присоединение к триозам фосфатов (от АТФ) – активирование триоз (синтез триозофосфатов);
5) восстановление триоз (за счет протонов НАДФ∙H);
6) синтез глюкозы (соединение двух триоз);
7) синтез крахмала из глюкозы.
(1) фотолиз воды — фотосинтез;
(2) синтез АТФ — фотосинтез (АТФ синтезируется в световую фазу фотосинтеза);
(3) цикл Кребса — признак выпадает (цикл Кребса осуществляется на кислородном этапе энергетического обмена);;
(4) восстановление углерода — фотосинтез;
(5) окисление НАД∙Н — признак выпадает (в темновой фазе фотосинтеза окисляется другой переносчик водорода НАДФ∙H, а не НАД∙Н).
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В каких из указанных научных исследований применялся экспериментальный метод?
1) исследование растительного мира тундры
2) опровержение теории самозарождения Л. Пастером
3) создание клеточной теории
4) создание модели молекулы ДНК
5) исследование процессов фотосинтеза
Опровержение теории самозарождения. Л. Пастер провел эксперимент, соперничающий по своей простоте со знаменитым опытом Ф.Реди, опровергшим самозарождение представителей макромира. Л. Пастер кипятил в колбе различные питательные среды. Предвидя возражение, что «жизненная сила», превращающая неживое в живое, не может проникнуть в запаянную колбу, он соединил колбу с наружным воздухом длинной S-образно изогнутой трубкой. Микроорганизмы и их споры оседали на стенках трубки и не проникали в питательную среду. Несмотря на доступ воздуха, самозарождения не наблюдалось. Предположение Дж. Нидхэма, что прокипяченный бульон теряет способность поддерживать жизнь, Л. Пастер опроверг тем, что в подобный бульон он бросал ватку, через которую перед тем пропускал воздух, после чего легко можно было наблюдать развитие микробов в этом бульоне. Итак, опытами Л. Пастера было показано, что и самые крошечные живые существа не могут самопроизвольно зарождаться. Вместе с тем, ученый не затрагивал вопроса о происхождении жизни на Земле — он никоим образом не касался проблемы, могли ли живые организмы возникать из неживой материи в отдаленные геологические времена, в других условиях.
Исследование процессов фотосинтеза (1900−1940 гг.) — период расцвета физиологических исследований фотосинтеза. Можно выделить 2 группы исследований: 1) Работы Блэкмана, Рихтера, Варбурга, Эмерсона, Арнольда, Любименко, Штоля и др. Эти работы впервые экспериментально обосновали представление о существовании 2 групп принципиально различных по природе реакций фотосинтеза — световых (фотохимических) и темновых (энзиматических), составляющих различные стадии фотосинтеза. 2) Ван-Ниль, Хилл, Рубен, Виноградов, Тейер — экспериментально была обоснована идея, что первичной фотохимической реакцией является фотодиссоциация воды, а О2 происходит из Н2О. 1940−1950 гг. — период расцвета биохимических исследований фотосинтеза. Он широко связан с применением метода меченых атомов. 1950−1960 гг. — период всестороннего бурного исследования фотосинтеза. Работы Теренина, Красновского, Рабиновича — основные положения фотохимии пигментов, процессов миграции энергии.