Розділ «Тема 18. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ»

Біологія


Фотосинтез, його фази та значення


Фотосинтез – процес утворення органічних сполук із неорганічних за рахунок світлової енергії. Це надзвичайно складний процес, що включає довгу послідовність біохімічних реакцій. Основними умовами проходження фотосинтезу є наявність хлорофілу, енергії світла, вуглекислого газу та води.

6СO2 + 6Н2O → С6Н12O6 + 6O2

Фотосинтез відбувається у рослин, багатьох бактерій, деяких архей і найпростіших, тобто в організмів, відомих як фотоавтотрофи. Фотосинтез у рослин здійснюється в хлоропластах, розташованих у клітинах слані (водорості) або органів – плодів, стебел, бруньок, листків (у вищих рослин). Світло для фотосинтезу вловлюється хлорофілом, вода доставляється через поверхню тіла або з кореня розвиненою мережею судин, вуглекислий газ надходить через продихи та через покриви шляхом дифузії. Ціанобактерії та інші фотосинтезуючі прокаріоти для здійснення фотосинтезу мають у своїх клітинах різні складчасті структури з фотосинтезуючими пігментами, як то внутрішні впинання мембран, фотомембрани. В основі фотосинтезу лежить окиснювально-відновний процес перенесення електронів від сполук-донорів до сполук-акцепторів.

Досліджувати процес фотосинтезу почали ще у другій половині XVIII сторіччя. Ряд важливих відкриттів у цьому питанні зроблено у другій половині XIX сторіччя.

Коротка історія вивчення фотосинтезу

1771Дж. Прістліпровів перші досліди з фотосинтезу, завдяки яким відкрито виділення рослинами 02, який необхідний для дихання і горіння
1817П. Пельтье, Ж. Кавантудали назву "хлорофіл" спиртовому екстракту із зелених листків рослин
1862Ю. Сакспоказав фотосинтетичне походження крохмалю
1877В. Пфефферназвав процес перетворення енергії сонячного світла в енергію хімічних зв'язків фотосинтезом
1903К. А. Тимірязєввивчив спектри поглинання світла і встановив роль рослин у космічному колообігу енергії
1903М. С. Цветзапропонував хроматографічний метод і відкрив хлорофіл а і b
19410. П. Виноградовдовів, що джерелом кисню при фотосинтезі є вода, а не С02-
1956М. Кальвінвідкрив послідовність перетворень С02 в темновій фазі

Основними з фотосинтезуючих пігментів є хлорофіли. Хлорофіл (від грец. "хлорос" – зелений і "філон" – листок) – зелені пігменти рослин, за участю яких відбувається фотосинтез. За своєю структурою вони нагадують гем гемогло-

біну, але в цих сполуках замість Феруму присутній Магній. Ферум потрібен рослинним організмам для забезпечення синтезу молекул хлорофілу (якщо в рослину залізо не надходить, то в неї утворюються безбарвні листки, не здатні до фотосинтезу). Хлорофіл поглинає переважно синє і, частково, червоне світло із сонячного спектра та перетворює його в хімічну енергію органічних речовин. Крім хлорофілів, у багатьох рослин є допоміжні каротиноїди, у ціанобактерій та червоних водоростей – фікобіліни. Зелені й пурпурові бактерії містять бактеріохлорофіли.

Фотосинтезуючі пігменти, їх поширення та значення

Назва пігментівОрганізми, які містять ці пігментиЗначення пігментів
Хлорофіл аУ всіх фотосинтезуючих організмівПоглинають червоні, сині й фіолетові промені
Хлорофіл bМохи, судинні рослини, зелені та евгленові водорості
Хлорофіл сДіатомові та бурі водорості
Хлорофіл dЧервоні водорості
Бактеріохлорофіли a, b, с, dПурпурні й зелені сіркобактерії
Каротиноїди (каротини, ксантофіли)У хлоропластах рослин і ціанобактерійПоглинають сині та фіолетові промені
Фікобіліни (фікоеритрин, фікоціанін)Ціанобактерії та червоні водоростіПоглинають зелені (фікоеритрин) і жовті (фікоціанін) промені

Більше 90 % всього хлорофілу хлоропластів входить до складу світлозбиральних комплексів, що виконують роль антени, яка передає енергію до реакційного центру фотосистем. У процесі фотосинтезу беруть участь дві фотосистеми – ФС І і ФС II, які мають різні реакційні центри та пов'язані між собою через перенесення електронів.

Порівняльна характеристика фотосистем (у вищих рослин)

ПорівнянняФС IФС II
Реакційний центрР700 (форма хлорофілу а, яка поглинає світло з довжиною хвиль 700 нм)P680 (форма хлорофілу а, яка поглинає світло з довжиною хвиль 680 нм)
Антенні молекулиКаротиноїди, хлорофіли а і bКаротиноїди, хлорофіли а і b

У процесі фотосинтезу виділяють світлову і темнову фази.

Світлова фаза – сукупність процесів, які забезпечують утворення молекулярного кисню, атомарного водню та А ТФ за рахунок світлової енергії. Світлова стадія фотосинтезу відбувається на тилакоїдах хлоропластів за участю світла. Ця стадія розпочинається з моменту поглинання квантів світла молекулою хлорофілу. При цьому електрони атома Магнію у молекулі хлорофілу переходять на вищий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію. Частина електронів зразу ж повертається на своє попереднє місце, а енергія, що виділяється при цьому, випромінюється у вигляді тепла. Але значна частина збуджених електронів з високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для фотохімічної роботи, яка здійснюється за кількома основними напрямками: а) перетворення енергії електронів на енергію АТФ, що називається фотофосфорилюванням; б) відновлення універсального біологічного переносника водню НАДФ+ до НАДФ • Н2. Під безпосереднім впливом світла відбувається процес розкладу води – фотоліз. При цьому утворюються електрони (e-), протони (Н+) і, як побічний продукт, молекулярний кисень. Протони Гідрогену Н+, приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем, перетворюються на атомарний водень, який використовується в реакціях відновлення НАДФ.

Отже, основними реакціями світлової фази є: 1) фотоліз води (розщеплення води за участю світла); 2) відновлення НАДФ (приєднання до сполуки- переносника молекул водню); 3) фотофосфорилювання (приєднання залишку фосфорної кислоти до АДФ за рахунок енергії світла). У результаті реакцій світлової фази утворюються такі продукти, як атомарний водень, молекулярний кисень і А ТФ.

Темнова фаза – сукупність процесів, які забезпечують відновлення СO2 до глюкози завдяки енергії АТФ та за рахунок водню від НАДФ. Основою даних перетворень є циклічні реакції (цикл фіксації вуглекислого газу). Цей процес вперше вивчив американський біохімік М. Кальвін, іменем якого й названо це явище – цикл Кальвіна. Цикл Кальвіна, або С3-фотосинтез, включає три стадії: карбоксилювання, відновлення і регенерацію.

I. Карбоксилювання – це сукупність реакцій, які забезпечують приєднання вуглекислого газу до пентоз. Реакція відбувається за участю ферментів-карбоксилаз:

• до пентоз (рибулозобіфосфатів) приєднується СО. з утворенням нестійких гексоз;

• гексози одразу розщеплюються на дві тріози (фосфогліцерати, або фосфогліцеринові кислоти): С5 → С6 → 2С3.

II. Відновлення тріоз – це сукупність реакцій, які забезпечують видалення Оксигену (або приєднання Гідрогену, тобто відновлення) з продуктів карбоксилювання за участю НАДФ • Н2 та енергії АТФ:

Сторінки


В нашій електронній бібліотеці ви можете безкоштовно і без реєстрації прочитати «Біологія» автора Соболь В.І. на телефоні, Android, iPhone, iPads. Зараз ви знаходитесь в розділі „Тема 18. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ“ на сторінці 1. Приємного читання.

Зміст

  • ПЕРЕДМОВА

  • Розділ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИВОЇ ПРИРОДИ

  • Тема 1. БІОЛОГІЯ – НАУКА ПРО ЖИТТЯ

  • Тема 2. СИСТЕМНА ОРГАНІЗАЦІЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ

  • Основні ознаки живої природи

  • Різноманітність живої природи

  • Розділ 2. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 3. ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 4. НЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ В ОРГАНІЗМАХ

  • Тема 5. ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. МАЛІ ОРГАНІЧНІ МОЛЕКУЛИ

  • Тема 6. МАКРОМОЛЕКУЛИ. ЛІПІДИ. ВУГЛЕВОДИ. ПЕПТИДИ

  • Тема 7. МАКРОМОЛЕКУЛИ. БІЛКИ.

  • Тема 8. МАКРОМОЛЕКУЛИ. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

  • Тема 9. БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ

  • Розділ 3. КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 10. ОРГАНІЗАЦІЯ КЛІТИН

  • Тема 11. ПОВЕРХНЕВИЙ АПАРАТ КЛІТИН

  • Тема 12. ЦИТОПЛАЗМА. ДВОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ

  • Тема 13. ОДНОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ

  • Тема 14. НЕМЕМБРАННІОРГАНЕЛИ. ОРГАНЕЛИ РУХУ. ЯДРО

  • Тема 15. КЛІТИННИЙ ЦИКЛ. ПОДІЛ КЛІТИН

  • Тема 16. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ

  • Тема 17. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

  • Реакції матричного синтезу

  • Тема 18. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ
  • Тема 19. НЕКЛІТИННІ ФОРМИ ЖИТТЯ

  • Розділ 4. ОРГАНІЗМЕНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 20. ОРГАНІЗМ ЯК БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА

  • Тема 21. ПРОКАРІОТИ

  • Тема 22. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦАРСТВА РОСЛИНИ

  • Тема 23. ВЕГЕТАТИВНІ ОРГАНИ. КОРІНЬ

  • Тема 24. ВЕГЕТАТИВНІ ОРГАНИ. ПАГІН

  • Тема 25. ЛИСТОК ЯК СКЛАДОВА ЧАСТИНА ПАГОНА

  • Тема 26. ГЕНЕРАТИВНІ ОРГАНИ. КВІТКА

  • Тема 27. ГЕНЕРАТИВНІ ОРГАНИ. НАСІНИНА. ПЛІД

  • Тема 28. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. ЖИВЛЕННЯ, ДИХАННЯ, ТРАНСПОРТУВАННЯ РЕЧОВИН, ВИДІЛЕННЯ

  • Тема 29. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. РОЗМНОЖЕННЯ, РІСТ І РОЗВИТОК РОСЛИН

  • Тема 30. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. ПОДРАЗЛИВІСТЬ ТА РЕГУЛЯЦІЯ ПРОЦЕСІВ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

  • Тема 31. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ВОДОРОСТІ

  • Тема 32. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ВИЩІ СПОРОВІ РОСЛИНИ. МОХОПОДІБНІ

  • Тема 33. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ПЛАВУНОПОДІБНІ. ХВОЩОПОДІБНІ. ПАПОРОТЕПОДІБНІ

  • Тема 34. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ГОЛОНАСІННІ

  • Тема 35. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ПОКРИТОНАСІННІ

  • НАДЦАРСТВО ЕУКАРІОТИ. ЦАРСТВО ГРИБИ

  • Тема 36. ГРИБИ. ЛИШАЙНИКИ

  • НАДЦАРСТВО ЕУКАРІОТИ. ЦАРСТВО ТВАРИНИ

  • Тема 37. ТВАРИНИ

  • Тема 38. ПІДЦАРСТВО ОДНОКЛІТИННІ

  • Роль одноклітинних тварин у природі та житті людини

  • Тема 39. ПІДЦАРСТВО БАГАТОКЛІТИННІ. ТИП ГУБКИ

  • Тема 40. ПІДЦАРСТВО БАГАТОКЛІТИННІ ТВАРИНИ. ТИП КИШКОВОПОРОЖНИННІ, АБО ЖАЛКІ

  • Тема 41. ТИП ПЛОСКІ ЧЕРВИ

  • Тема 42. ТИП ПЕРВИННОПОРОЖНИННІ, АБО КРУГЛІ ЧЕРВИ

  • Тема 43. ТИП КІЛЬЧАСТІ ЧЕРВИ, АБО КІЛЬЧАКИ

  • Тема 44. ТИП МОЛЮСКИ, АБО М'ЯКУНИ

  • Тема 45. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. РАКОПОДІБНІ

  • Тема 46. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. ПАВУКОПОДІБНІ

  • Тема 47. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. КОМАХИ

  • Значення комах у природі та житті людини

  • Тема 48. ТИП ГОЛКОШКІРІ

  • Тема 49. ТИП ХОРДОВІ

  • Тема 50. НАДКЛАС РИБИ

  • Тема 51. КЛАС ЗЕМНОВОДНІ, АБО АМФІБІЇ

  • Тема 52. КЛАС ПЛАЗУНИ, АБО РЕПТИЛІЇ

  • Тема 53. КЛАС ПТАХИ

  • Тема 54. КЛАС ССАВЦІ

  • ЛЮДИНА

  • Тема 55. БІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ

  • Тема 56. ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ ЯК ЦІЛІСНА БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА

  • Принципи регуляції цілісності організму людини

  • Тема 57. ОПОРА І РУХ

  • Тема 58. КРОВ І ЛІМФА

  • Тема 59. КРОВООБІГ І ЛІМФООБІГ

  • Будова та функції кровоносних судин

  • Рух крові судинами

  • Лімфообіг та його значення

  • Перша допомога при кровотечах

  • Серцево-судинні захворювання та їх профілактика

  • Тема 60. ДИХАННЯ

  • Нервова і гуморальна регуляція дихання

  • Хвороби дихальної системи та їх профілактика

  • Перша допомога при зупинці дихання

  • Вплив паління на організм людини

  • Тема 61. ЖИВЛЕННЯ

  • Недостатнє і надмірне харчування

  • Нервово-гуморальна регуляція діяльності травної системи

  • Хвороби шлунково-кишкового тракту та заходи запобігання їм

  • Тема 63. ШКІРА

  • Роль шкіри в теплорегуляції організму людини

  • Тема 64. ВИДІЛЕННЯ

  • Тема 65. ГУМОРАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ

  • Тема 66. НЕРВОВА РЕГУЛЯЦІЯ

  • Тема 67. СПРИЙНЯТТЯ ІНФОРМАЦІЇ. СЕНСОРНІ СИСТЕМИ

  • Тема 68. ФОРМУВАННЯ ПОВЕДІНКИ І ПСИХІКИ ЛЮДИНИ

  • Сприйняття інформації мозком

  • Пам'ять, її структура, механізми, види та розвиток

  • Біоритми – фізіологічна основа чергування сну та активності

  • Тема 69. МИСЛЕННЯ І СВІДОМІСТЬ

  • Перша і друга сигнальні системи

  • Фізіологічні основи мови

  • Функціональна спеціалізація кори півкуль великого мозку

  • Здібності людини. Обдарованість

  • Індивідуальні особливості поведінки людини

  • Особистість та її формування: виховання і самовиховання

  • Порушення ВНД та їх вплив на організм людини

  • Тема 70. ПОХОДЖЕННЯ ЛЮДИНИ

  • Основні етапи Історичного розвитку виду Людина розумна

  • Людські раси, їх походження

  • ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 71. РОЗМНОЖЕННЯ ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 72. ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 73. ЗАКОНОМІРНОСТІ СПАДКОВОСТІ

  • Тема 74. ЗЧЕПЛЕНЕ УСПАДКУВАННЯ. ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА

  • Тема 75. ЗАКОНОМІРНОСТІ МІНЛИВОСТІ

  • Закон гомологічних рядів спадкової мінливості організмів

  • Генетика популяцій

  • Тема 76. СЕЛЕКЦІЯ

  • Центри походження та різноманітності культурних рослин

  • Особливості селекції рослин, тварин і мікроорганізмів

  • Розділ 5. НАДОРГАНІЗМОВІ РІВНІ ЖИТТЯ

  • Тема 77. ЕКОЛОГІЯ

  • Поняття про середовище існування

  • Тема 78. ПОПУЛЯЦІЙНО-ВИДОВИЙ ТА ЕКОСИСТЕМНИЙ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Правило екологічної піраміди

  • Тема 79. БІОСФЕРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Жива речовина біосфери, її властивості та функції

  • Колообіг речовин у біосфері як необхідна умова YY існування

  • Сучасні екологічні проблеми

  • Вчення В. І, Вернадського про біосферу та ноосферу, його значення для уникнення глобальної екологічної кризи

  • Червона та Зелена книга

  • Природоохоронні території

  • Природоохоронне законодавство України

  • Тема 80. ОСНОВИ ЕВОЛЮЦІЙНОГО ВЧЕННЯ

  • Сучасні погляди на еволюцію органічного світу

  • Тема 81. ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК І РІЗНОМАНІТНІСТЬ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

  • Проблема виникнення життя на Землі

  • Поділ геологічної історії Землі на ери та періоди

  • Запит на курсову/дипломну

    Шукаєте де можна замовити написання дипломної/курсової роботи? Зробіть запит та ми оцінимо вартість і строки виконання роботи.

    Введіть ваш номер телефону для зв'язку, в форматі 0505554433
    Введіть тут тему своєї роботи