Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза у растений
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 18.09.2024
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.
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.
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.
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
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:
- две мембраны;
- стопки гранов;
- диски тилакоидов;
- строма — внутреннее вещество хлоропласта;
- люмен — внутреннее вещество тилакоида.
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:
- Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
- Фотолиз воды.
- Выделение кислорода.
- Накопление НАДФН+.
- Накопление АТФ.
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
Ответ: 23 – процессы темновой стадии.
Процессы 145 - световая фаза
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
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.
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
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.
4. Выберите органоиды клетки и их структуры, участвующие в процессе фотосинтеза.
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.
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.
Фотосинтез: для протекания процесса используется энергия света (1), процесс происходит при наличии ферментов (2); центральная роль в процессе принадлежит молекуле хлорофилла (3).
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
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.
7. Установите соответствие между характеристикой и фазой фотосинтеза.
Б) фиксация углекислого газа
В) расщепление молекул АТФ
Г) синтез молекул НАДФ•2Н
Д) синтез глюкозы
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
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.
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
245 — процессы световой стадии, 13 — реакции темновой стадии.
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.
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.
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
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.
11. В каких реакциях обмена первичным веществом для синтеза углеводов является вода?
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?
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?
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?
2) В результате фотолиза — распада под действием света в световой фазе, происходит выделение кислорода.
15. Что происходит в световую фазу фотосинтеза?
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?
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?
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.
Утверждение 2 неверное. Нельзя анализировать данные, которых нет на графике. На графике показана зависимость от углекислого газа (СО2), а в утверждении от угарного (СО)
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).
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).
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.
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
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
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
4. Выберите органоиды клетки и их структуры, участвующие в процессе фотосинтеза.
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.
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
7. Установите соответствие между характеристикой и фазой фотосинтеза.
Б) фиксация углекислого газа
В) расщепление молекул АТФ
Г) синтез молекул НАДФ•2Н
Д) синтез глюкозы
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
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
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.
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
11. В каких реакциях обмена первичным веществом для синтеза углеводов является вода?
12. В каких реакциях обмена у растений углекислый газ является исходным веществом для синтеза углеводов?
13. В какую фазу фотосинтеза происходит синтез АТФ?
14. Какое вещество служит источником кислорода во время фотосинтеза?
15. Что происходит в световую фазу фотосинтеза?
16. В чем заключается биологический смысл окислительного фосфорилирования?
17. Какую роль играют электроны молекул хлорофилла в фотосинтезе?
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.
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).
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).
Читайте также: