Ответы фотосинтез

1. Все при­ведённые ниже при­зна­ки, кроме двух, можно ис­поль­зо­вать для опи­са­ния све­то­вой фазы фо­то­син­те­за в клет­ке за счет энер­гии сол­неч­но­го света. Опре­де­ли­те два при­зна­ка, «вы­па­да­ю­щих» из об­ще­го спис­ка, и за­пи­ши­те в ответ цифры, под ко­то­ры­ми они ука­за­ны.

1) об­ра­зу­ет­ся мо­ле­ку­ляр­ный кис­ло­род в ре­зуль­та­те раз­ло­же­ния мо­ле­кул воды

2) про­ис­хо­дит син­тез уг­ле­во­дов из уг­ле­кис­ло­го газа и воды

3) про­ис­хо­дит по­ли­ме­ри­за­ция мо­ле­кул глю­ко­зы с об­ра­зо­ва­ни­ем крах­ма­ла

4) осу­ществ­ля­ет­ся син­тез мо­ле­кул АТФ

5) про­ис­хо­дит раз­ло­же­ние мо­ле­кул воды на про­то­ны и атомы во­до­ро­да

По­яс­не­ние.

Ответ: 23 – про­цес­сы тем­но­вой ста­дии.


Про­цес­сы 145 — све­то­вая фаза

Ответ: 23

2. Все при­ведённые ниже при­зна­ки, кроме двух, можно ис­поль­зо­вать для опи­са­ния све­то­вой фазы фо­то­син­те­за в клет­ке. Опре­де­ли­те два при­зна­ка, «вы­па­да­ю­щих» из об­ще­го спис­ка, и за­пи­ши­те в ответ цифры, под ко­то­ры­ми они ука­за­ны.

1) фо­то­лиз воды

2) вос­ста­нов­ле­ние уг­ле­кис­ло­го газа до глю­ко­зы

3) син­тез мо­ле­кул АТФ за счет энер­гии сол­неч­но­го света

4) со­еди­не­ние во­до­ро­да с пе­ре­нос­чи­ком НАДФ+

5) ис­поль­зо­ва­ние энер­гии мо­ле­кул АТФ на син­тез уг­ле­во­дов

По­яс­не­ние.

В тем­но­вую фазу фо­то­син­те­за про­ис­хо­дит: вос­ста­нов­ле­ние уг­ле­кис­ло­го газа до глю­ко­зы; ис­поль­зо­ва­ние энер­гии мо­ле­кул АТФ на син­тез уг­ле­во­дов.

Осталь­ные пе­ре­чис­лен­ные про­цес­сы (1, 3, 4) идут в све­то­вую ста­дию.

Ответ: 25

Ответ: 25

3. Тем­но­вая фаза фо­то­син­те­за ха­рак­те­ри­зу­ет­ся

 

1) про­те­ка­ни­ем про­цес­сов на внут­рен­них мем­бра­нах хло­ро­пла­стов

2) син­те­зом глю­ко­зы

3) фик­са­ци­ей уг­ле­кис­ло­го газа

4) про­те­ка­ни­ем про­цес­сов в стро­ме хло­ро­пла­стов


5) на­ли­чи­ем фо­то­ли­за воды

6) об­ра­зо­ва­ни­ем АТФ

По­яс­не­ние.

Про­цесс фо­то­син­те­за пред­став­ля­ет собой цель окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ных ре­ак­ций, где про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние уг­ле­кис­ло­го газа до ор­га­ни­че­ских ве­ществ. Всю со­во­куп­ность фо­то­син­те­ти­че­ских ре­ак­ций при­ня­то под­раз­де­лять на две фазы— све­то­вую и тем­но­вую.

Тем­но­вая фаза про­ис­хо­дит па­рал­лель­но све­то­вой с ис­поль­зо­ва­ни­ем про­дук­тов, об­ра­зо­ван­ных в све­то­вой фазе. Этот слож­ный про­цесс, осу­ществ­ля­е­мый в стро­ме хло­ро­пла­стов без не­по­сред­ствен­но­го по­гло­ще­ния света, вклю­ча­ет боль­шое ко­ли­че­ство ре­ак­ций, при­во­дя­щих к вос­ста­нов­ле­нию С02 до уров­ня ор­га­ни­че­ских ве­ществ, за счет ис­поль­зо­ва­ния энер­гии АТФ и НАДФ-Н + Н, син­те­зи­ро­ван­ных в све­то­вую фазу.

 

Тем­но­вая фаза фо­то­син­те­за ха­рак­те­ри­зу­ет­ся: син­те­зом глю­ко­зы, фик­са­ци­ей уг­ле­кис­ло­го газа, про­те­ка­ни­ем про­цес­сов в стро­ме хло­ро­пла­стов.

 

К све­то­вой фазе от­но­сит­ся:про­те­ка­ни­ем про­цес­сов на внут­рен­них мем­бра­нах хло­ро­пла­стов, на­ли­чи­ем фо­то­ли­за воды, об­ра­зо­ва­ни­ем АТФ.

Ответ: 234

4. Вы­бе­ри­те ор­га­но­и­ды клет­ки и их струк­ту­ры, участ­ву­ю­щие в про­цес­се фо­то­син­те­за.


 

1) ли­зо­со­мы

2) хло­ро­пла­сты

3) ти­ла­ко­и­ды

4) граны

5) ва­ку­о­ли

6) ри­бо­со­мы

По­яс­не­ние.

Хло­ро­пла­сты — внут­ри­кле­точ­ные ор­га­но­и­ды (пла­сти­ды) рас­те­ний, в ко­то­рых осу­ществ­ля­ет­ся фо­то­син­тез. Хло­ро­пла­сты от­де­ле­ны от ци­то­плаз­мы двой­ной мем­бра­ной, об­ла­да­ю­щей из­би­ра­тель­ной про­ни­ца­е­мо­стью; внут­рен­няя её часть, врас­тая в мат­рикс (стро­му), об­ра­зу­ет си­сте­му ос­нов­ных струк­тур­ных еди­ниц хло­ро­пла­стов в виде уплощённых меш­ков — ти­ла­ко­и­дов, в ко­то­рых ло­ка­ли­зо­ва­ны пиг­мен­ты: ос­нов­ные — хло­ро­фил­лы и вспо­мо­га­тель­ные — ка­ро­ти­но­и­ды. Груп­пы дис­ко­вид­ных ти­ла­ко­и­дов, свя­зан­ных друг с дру­гом таким об­ра­зом, что их по­ло­сти ока­зы­ва­ют­ся не­пре­рыв­ны­ми, об­ра­зу­ют (на­по­до­бие стоп­ки монет) граны. Све­то­вые ста­дии фо­то­син­те­за при­уро­че­ны к мем­бра­нам, ав­то­троф­ная фик­са­ция CO2 про­ис­хо­дит в стро­ме.

 

Ответ: 2, 3, 4.

Ответ: 234

5. Все при­ведённые ниже при­зна­ки, кроме двух, можно ис­поль­зо­вать для опи­са­ния про­цес­са фо­то­син­те­за. Опре­де­ли­те два при­зна­ка, «вы­па­да­ю­щих» из об­ще­го спис­ка, и за­пи­ши­те в ответ цифры, под ко­то­ры­ми они ука­за­ны.

iv>

1) Для про­те­ка­ния про­цес­са ис­поль­зу­ет­ся энер­гия света.

2) Про­цесс про­ис­хо­дит при на­ли­чии фер­мен­тов.

3) Цен­траль­ная роль в про­цес­се при­над­ле­жит мо­ле­ку­ле хло­ро­фил­ла.

4) Про­цесс со­про­вож­да­ет­ся рас­щеп­ле­ни­ем мо­ле­ку­лы глю­ко­зы.

5) Мо­но­ме­ра­ми для об­ра­зо­ва­ния мо­ле­кул слу­жат ами­но­кис­ло­ты.

По­яс­не­ние.

Фо­то­син­тез: для про­те­ка­ния про­цес­са ис­поль­зу­ет­ся энер­гия света (1), про­цесс про­ис­хо­дит при на­ли­чии фер­мен­тов (2); цен­траль­ная роль в про­цес­се при­над­ле­жит мо­ле­ку­ле хло­ро­фил­ла (3).

Ответ: 45

Ответ: 45

6. 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

По­яс­не­ние.

В тем­но­вую фазу фо­то­син­те­за про­ис­хо­дит: вос­ста­нов­ле­ние уг­ле­кис­ло­го газа до глю­ко­зы; ис­поль­зо­ва­ние энер­гии мо­ле­кул АТФ на син­тез уг­ле­во­дов; об­ра­зо­ва­ние мо­ле­кул крах­ма­ла из глю­ко­зы.

Осталь­ные пе­ре­чис­лен­ные про­цес­сы (23) идут в све­то­вую ста­дию.

Ответ: 23

Ответ: 23

7. Уста­но­ви­те со­от­вет­ствие между ха­рак­те­ри­сти­кой и фазой фо­то­син­те­за.

 

ХА­РАК­ТЕ­РИ­СТИ­КА

 

ФАЗА ФО­ТО­СИН­ТЕ­ЗА

А) фо­то­лиз воды

Б) фик­са­ция уг­ле­кис­ло­го газа

В) рас­щеп­ле­ние мо­ле­кул АТФ

Г) син­тез мо­ле­кул НАДФ•2Н

Д) син­тез глю­ко­зы

 

1) све­то­вая

2) тем­но­вая

>

 

За­пи­ши­те в ответ цифры, рас­по­ло­жив их в по­ряд­ке, со­от­вет­ству­ю­щем бук­вам: 

А

Б

В

Г

Д

 

 

 

 

 

По­яс­не­ние.

Фо­то­син­тез — про­цесс об­ра­зо­ва­ния ор­га­ни­че­ских ве­ществ из уг­ле­кис­ло­го газа и воды за счет энер­гии света, при этом вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род.


Све­то­вая фаза про­ис­хо­дит толь­ко на свету в мем­бра­нах ти­ла­ко­и­дов. Тем­но­вая фаза про­те­ка­ет в стро­ме хло­ро­пла­ста. Для ее ре­ак­ций не нужна энер­гия света.

Све­то­вая фаза: фо­то­лиз воды, син­тез мо­ле­кул НАДФ•2Н;

Тем­но­вая фаза: фик­са­ция уг­ле­кис­ло­го газа, рас­щеп­ле­ние мо­ле­кул АТФ, син­тез глю­ко­зы.

Ответ: 12212

8. Уста­но­ви­те пра­виль­ную по­сле­до­ва­тель­ность про­цес­сов, про­те­ка­ю­щих при фо­то­син­те­зе.

 

1) ис­поль­зо­ва­ние уг­ле­кис­ло­го газа

2) об­ра­зо­ва­ние кис­ло­ро­да

3) син­тез уг­ле­во­дов

4) син­тез мо­ле­кул АТФ

5) воз­буж­де­ние хло­ро­фил­ла

По­яс­не­ние.

245 — про­цес­сы све­то­вой ста­дии, 13 — ре­ак­ции тем­но­вой ста­дии.

 

Ответ:52413

Ответ: 52413

9. Уста­но­ви­те пра­виль­ную по­сле­до­ва­тель­ность про­цес­сов фо­то­син­те­за.

 

1) Пре­об­ра­зо­ва­ние сол­неч­ной энер­гии в энер­гию АТФ.

2) Воз­буж­де­ние све­том элек­тро­нов хло­ро­фил­ла.

3) Фик­са­ция уг­ле­кис­ло­го газа.


4) Об­ра­зо­ва­ние крах­ма­ла.

5) Ис­поль­зо­ва­ние энер­гии АТФ для син­те­за глю­ко­зы.

По­яс­не­ние.

В све­то­вую ста­дию воз­буж­да­ет­ся элек­трон хло­ро­фил­ла, пре­об­ра­зу­ет­ся сол­неч­ная энер­гия в АТФ, в тем­но­вую ста­дию ис­поль­зу­ет­ся уг­ле­кис­лый газ и АТФ для об­ра­зо­ва­нии глю­ко­зы, затем глю­ко­за об­ра­зу­ет крах­мал и от­кла­ды­ва­ет­ся в запас у рас­те­ний.

 

Ответ:21354

Ответ: 21354

10. Ука­жи­те пра­виль­ную по­сле­до­ва­тель­ность ре­ак­ций фо­то­син­те­за

 

1) об­ра­зо­ва­ние глю­ко­зы

2) об­ра­зо­ва­ние за­пас­но­го крах­ма­ла

3) по­гло­ще­ние мо­ле­ку­ла­ми хло­ро­фил­ла фо­то­нов (кван­тов света)

4) со­еди­не­ние СО2 с ри­бу­ло­зо­ди­фос­фа­том

5) об­ра­зо­ва­ние АТФ и НАДФ*Н

По­яс­не­ние.

В све­то­вую ста­дию воз­буж­да­ет­ся элек­трон хло­ро­фил­ла,пре­об­ра­зу­ет­ся сол­неч­ная энер­гия в АТФ, в тем­но­вую ста­дию ис­поль­зу­ет­ся уг­ле­кис­лый газ, ко­то­рый за­хва­ты­ва­ет­ся ри­бу­ле­зо­ди­фос­фа­том и об­ра­зу­ет­ся глю­ко­за, затем глю­ко­за об­ра­зу­ет крах­мал и от­кла­ды­ва­ет­ся в запас у рас­те­ний.

 

Ответ:35412


Ответ: 35412

11. В каких ре­ак­ци­ях об­ме­на пер­вич­ным ве­ще­ством для син­те­за уг­ле­во­дов яв­ля­ет­ся вода?

По­яс­не­ние.

1) В ре­ак­ци­ях фо­то­син­те­за.

2) В све­то­вой фазе фо­то­син­те­за про­ис­хо­дит фо­то­лиз воды.

12. В каких ре­ак­ци­ях об­ме­на у рас­те­ний уг­ле­кис­лый газ яв­ля­ет­ся ис­ход­ным ве­ще­ством для син­те­за уг­ле­во­дов?

По­яс­не­ние.

1) В ре­ак­ци­ях фо­то­син­те­за.

2) В тем­но­вой фазе фо­то­син­те­за в ходе ряда по­сле­до­ва­тель­ных фер­мен­та­тив­ных ре­ак­ций из уг­ле­кис­ло­го газа и воды (про­то­на во­до­ро­да) об­ра­зу­ет­ся глю­ко­за, слу­жа­щая ис­ход­ным ма­те­ри­а­лом для био­син­те­за дру­гих ор­га­ни­че­ских ве­ществ рас­те­ний.

13. В какую фазу фо­то­син­те­за про­ис­хо­дит син­тез АТФ?

По­яс­не­ние.

1) В све­то­вой фазе про­ис­хо­дит по­гло­ще­ние фо­то­син­те­ти­че­ски­ми пиг­мен­та­ми энер­гии кван­тов света.

2) И пре­об­ра­зо­ва­ние по­гло­щен­ной энер­гии в энер­гию хи­ми­че­ских свя­зей вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ско­го со­еди­не­ния АТФ.

14. Какое ве­ще­ство слу­жит ис­точ­ни­ком кис­ло­ро­да во время фо­то­син­те­за?


По­яс­не­ние.

1) Вода.

2) В ре­зуль­та­те фо­то­ли­за — рас­па­да под дей­стви­ем света в све­то­вой фазе, про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние кис­ло­ро­да.

15. Что про­ис­хо­дит в све­то­вую фазу фо­то­син­те­за?

По­яс­не­ние.

1) Син­тез АТФ и вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ских ато­мов во­до­ро­да.

2) Фо­то­лиз (рас­пад воды под дей­стви­ем света при­во­дя­щий к вы­де­ле­нию кис­ло­ро­да).

16. В чем за­клю­ча­ет­ся био­ло­ги­че­ский смысл окис­ли­тель­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния?

По­яс­не­ние.

1) В ре­зуль­та­те ре­ак­ции окис­ли­тель­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния из АДФ и остат­ка фос­фор­ной кис­ло­ты об­ра­зу­ет­ся мо­ле­ку­ла АТФ.

2) АТФ яв­ля­ет­ся ис­точ­ни­ком энер­гии для всех про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки.

17. Какую роль иг­ра­ют элек­тро­ны мо­ле­кул хло­ро­фил­ла в фо­то­син­те­зе?

По­яс­не­ние.

1) По­гло­ща­ют све­то­вую энер­гию.

2) Пре­об­ра­зу­ют ее в энер­гию хи­ми­че­ских свя­зей.

 

Ва­ри­ант от­ве­та от со­зда­те­лей сайта.

1) Мо­ле­ку­лы хло­ро­фил­ла по­гло­ща­ют квант света.

2) Элек­тро­ны хло­ро­фил­ла, воз­буж­ден­ные сол­неч­ным све­том, про­хо­дят по элек­тро­но­транс­порт­ным цепям и от­да­ют свою энер­гию на об­ра­зо­ва­ние АТФ.

18. Изу­чи­те гра­фик за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти фо­то­син­те­за от раз­лич­ных фак­то­ров. Вы­бе­ри­те утвер­жде­ния, ко­то­рые можно сфор­му­ли­ро­вать на ос­но­ва­нии ана­ли­за пред­ло­жен­но­го гра­фи­ка. За­пи­ши­те в от­ве­те но­ме­ра вы­бран­ных утвер­жде­ний.

 

1) Ско­рость фо­то­син­те­за при ин­тен­сив­но­сти осве­ще­ния воз­рас­та­ет.

2) Ско­рость фо­то­син­те­за не за­ви­сит от кон­цен­тра­ции угар­но­го газа.

3) Ско­рость фо­то­син­те­за за­ви­сит от кон­цен­тра­ции уг­ле­кис­ло­го газа.

Установите последовательность процессов фотосинтеза

По­яс­не­ние.

Утвер­жде­ние 2 не­вер­ное. Нель­зя ана­ли­зи­ро­вать дан­ные, ко­то­рых нет на гра­фи­ке. На гра­фи­ке по­ка­за­на за­ви­си­мость от уг­ле­кис­ло­го газа (СО2), а в утвер­жде­нии от угар­но­го (СО)

Ответ: 13

Ответ: 13

19. 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).

Установите последовательность процессов фотосинтеза

По­яс­не­ние.

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

20. Во время экс­пе­ри­мен­та учёный из­ме­рял ско­рость фо­то­син­те­за в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры. Кон­цен­тра­цию уг­ле­кис­ло­го газа и ин­тен­сив­ность осве­ще­ния он под­дер­жи­вал по­сто­ян­ны­ми. Объ­яс­ни­те, по­че­му при по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры ак­тив­ность фо­то­син­те­за сна­ча­ла растёт, но на­чи­ная с опре­делённой тем­пе­ра­ту­ры на­чи­на­ет стре­ми­тель­но сни­жать­ся (см. гра­фик).

Установите последовательность процессов фотосинтеза

По­яс­не­ние.

1) Тем­но­вая ста­дия фо­то­син­те­за – это цикл ре­ак­ций, ка­та­ли­зи­ру­е­мых фер­мен­та­ми.

2) Ак­тив­ность фер­мен­тов при по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры воз­рас­та­ет,

3) пока не начнётся де­на­ту­ра­ция фер­мен­тов под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры, и тогда ско­рость ре­ак­ции па­да­ет.

Источник: multiurok.ru

Установите последовательность процессов, происходящих в с вестовой фазе фотосинтеза
1.переход электронов на высшие уровни.
2.поглощение квантов света
3.образование АТФ за счёт энергии возбужденных электронов
4.образование побочного продукта-свободного кислорода
5.возбуждение электронов в молекуле хлорофилла
6.фотолиз воды

Источник: tvoi-otvet.ru

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света:

6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.

У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза — хлоропласты (строение хлоропластов — лекция №7). В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b, c, d), главным является хлорофилл a. В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» — гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране.

Фотосинтез

Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы. У растений и синезеленых водорослей имеются фотосистема-1 и фотосистема-2, у фотосинтезирующих бактерий — фотосистема-1. Только фотосистема-2 может разлагать воду с выделением кислорода и отбирать электроны у водорода воды.

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза

Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду или фотолизу воды:

Н2О + Qсвета → Н+ + ОН.

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН:

ОН → •ОН + е.

Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:

4НО• → 2Н2О + О2.

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2:

+ + 2е + НАДФ → НАДФ·Н2.

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

1 — строма хлоропласта; 2 — тилакоид граны.

Темновая фаза

Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.

Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа; акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ); катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФ-карбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»:

6СО2 + 24Н+ + АТФ → С6Н12О6 + 6Н2О.

Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды. В настоящее время различают два типа фотосинтеза: С3— и С4-фотосинтез.

С3-фотосинтез

С3-фотосинтез

Это тип фотосинтеза, при котором первым продуктом являются трехуглеродные (С3) соединения. С3-фотосинтез был открыт раньше С4-фотосинтеза (М. Кальвин). Именно С3-фотосинтез описан выше, в рубрике «Темновая фаза». Характерные особенности С3-фотосинтеза: 1) акцептором углекислого газа является РиБФ, 2) реакцию карбоксилирования РиБФ катализирует РиБФ-карбоксилаза, 3) в результате карбоксилирования РиБФ образуется шестиуглеродное соединение, которое распадается на две ФГК. ФГК восстанавливается до триозофосфатов (ТФ). Часть ТФ идет на регенерацию РиБФ, часть превращается в глюкозу.

Фотодыхание

Это светозависимое поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Еще в начале прошлого века было установлено, что кислород подавляет фотосинтез. Как оказалось, для РиБФ-карбоксилазы субстратом может быть не только углекислый газ, но и кислород:

О2 + РиБФ → фосфогликолат (2С) + ФГК (3С).

Фермент при этом называется РиБФ-оксигеназой. Кислород является конкурентным ингибитором фиксации углекислого газа. Фосфатная группа отщепляется, и фосфогликолат становится гликолатом, который растение должно утилизировать. Он поступает в пероксисомы, где окисляется до глицина. Глицин поступает в митохондрии, где окисляется до серина, при этом происходит потеря уже фиксированного углерода в виде СО2. В итоге две молекулы гликолата (2С + 2С) превращаются в одну ФГК (3С) и СО2. Фотодыхание приводит к понижению урожайности С3-растений на 30–40% (С3-растения — растения, для которых характерен С3-фотосинтез).

С4-фотосинтез

С4-фотосинтез — фотосинтез, при котором первым продуктом являются четырехуглеродные (С4) соединения. В 1965 году было установлено, что у некоторых растений (сахарный тростник, кукуруза, сорго, просо) первыми продуктами фотосинтеза являются четырехуглеродные кислоты. Такие растения назвали С4-растениями. В 1966 году австралийские ученые Хэтч и Слэк показали, что у С4-растений практически отсутствует фотодыхание и они гораздо эффективнее поглощают углекислый газ. Путь превращений углерода в С4-растениях стали называть путем Хэтча-Слэка.

Для С4-растений характерно особое анатомическое строение листа. Все проводящие пучки окружены двойным слоем клеток: наружный — клетки мезофилла, внутренний — клетки обкладки. Углекислый газ фиксируется в цитоплазме клеток мезофилла, акцептор — фосфоенолпируват (ФЕП, 3С), в результате карбоксилирования ФЕП образуется оксалоацетат (4С). Процесс катализируется ФЕП-карбоксилазой. В отличие от РиБФ-карбоксилазы ФЕП-карбоксилаза обладает большим сродством к СО2 и, самое главное, не взаимодействует с О2. В хлоропластах мезофилла много гран, где активно идут реакции световой фазы. В хлоропластах клеток обкладки идут реакции темновой фазы.

Оксалоацетат (4С) превращается в малат, который через плазмодесмы транспортируется в клетки обкладки. Здесь он декарбоксилируется и дегидрируется с образованием пирувата, СО2 и НАДФ·Н2.

Пируват возвращается в клетки мезофилла и регенерирует за счет энергии АТФ в ФЕП. СО2 вновь фиксируется РиБФ-карбоксилазой с образованием ФГК. Регенерация ФЕП требует энергии АТФ, поэтому нужно почти вдвое больше энергии, чем при С3-фотосинтезе.

С4-фотосинтез   Строение С4-растений

Строение С4-растений:
1 — наружный слой — клетки мезофилла; 2 — внут­ренний слой — клетки обкладки; 3 — «Кранц-анатомия»; 4, 5 — хлоро­пласты; 4 — много­числен­ные граны, крахмала мало; 5 — немного­числен­ные граны, крахмала много.

С4-фотосинтез:
1 — клетка мезофилла; 2 — клетка обкладки проводящего пучка.

   

Значение фотосинтеза

Благодаря фотосинтезу, ежегодно из атмосферы поглощаются миллиарды тонн углекислого газа, выделяются миллиарды тонн кислорода; фотосинтез является основным источником образования органических веществ. Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от коротковолновой ультрафиолетовой радиации.

При фотосинтезе зеленый лист использует лишь около 1% падающей на него солнечной энергии, продуктивность составляет около 1 г органического вещества на 1 м2 поверхности в час.

Хемосинтез

Синтез органических соединений из углекислого газа и воды, осуществляемый не за счет энергии света, а за счет энергии окисления неорганических веществ, называется хемосинтезом. К хемосинтезирующим организмам относятся некоторые виды бактерий.

Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты (NH3 → HNO2 → HNO3).

Железобактерии превращают закисное железо в окисное (Fe2+ → Fe3+).

Серобактерии окисляют сероводород до серы или серной кислоты (H2S + ½O2 → S + H2O, H2S + 2O2 → H2SO4).

В результате реакций окисления неорганических веществ выделяется энергия, которая запасается бактериями в форме макроэргических связей АТФ. АТФ используется для синтеза органических веществ, который проходит аналогично реакциям темновой фазы фотосинтеза.

Хемосинтезирующие бактерии способствуют накоплению в почве минеральных веществ, улучшают плодородие почвы, способствуют очистке сточных вод и др.

 

Источник: licey.net