фотосинтез В каждом маленьком растеньице, Словно в колбочке живой, Влага

кипит сама собой.
Николай Заболоцкий
Разобраться и понять химизм процесса фотосинтеза

как одного из важнейших процессов на Земле, обеспечивающих жизнь.

энергию органических соединений.
Е

Е хим св

6СО2 + 6Н2О С6 Н12 О6 + 6О2

1771 г английский ученый Д.Пристли поставил классические опыты с растением мяты.

Благодаря этим опытам Д.Пристли в 1774 г. открыл кислород (одновременно с К.В. Шееле). Название этому газу дал французский ученый А.Л. Лавуазье, повторивший открытие год спустя.

поглощают двуокись углерода. Это позволило ему предположить, что в вещество

растения превращается углерод, входящий в состав двуокиси углерода.

Австрийский врач Ян Ингенхауз обнаружил, что растения выделяют кислород только на свету. Он погружал ветку ивы в воду и наблюдал на свету образование на листьях пузырьков кислорода. Если листья находились в темноте, пузырьки не появлялись.
Дальнейшие опыты показали, что органическая масса растения формируется не только за счет углекислого газа, но и за счет воды.

Обобщая результаты перечисленных опытов, немецкий ученый В.Пфеффер в 1877 г. дал описание процесса поглощения СО2 из воздуха при участии воды и света с образованием органического вещества и назвал его фотосинтезом.

бактерий
Пространственная локализация
основным органом фотосинтеза, является лист. У некоторых суккулентов

с вырожденными листьями (например, кактусы) основная фотосинтетическая активность связана со стеблем.

двухмембранные органоиды клетки
граны тилакоиды фотосистемы

 Пигмент хлорофилл

1.Макростроение

столбчатая

губчатая

Хлоропласты (зеленые пластиды).
Их цвет зависит от наличия хлорофилла.
Размер: 3-4 до 16-20 мкм.
Количество – 40 – 60 в клетке.

энергию
М.С.Цвет установил, что хлорофилл не представляет собой индивидуальное вещество,

а имеет несколько форм (около 10)
Главными являются две формы
хл.а (С55Н72О5N4Мg), сине-зеленого цвета
хл.b (С55Н70О6N4Мg) желто-зеленого цвета.

Хлорофилла а в листьях примерно в три раза больше по сравнению с хлорофиллом b.

Основу молекулы составляет Мg-порфириновый комплекс, состоящий из четырех пирольных колец. Пирольные кольца в молекуле хлорофилла образуют систему сопряженных связей. Такая структура облегчает поглощение кванта света и передачи энергии света электрону хлорофилла.

порфириновое ядро

спирт метанол

спирт фитол

присутствует у
всех растений, это хлорофилл a
дополнительный
у высших растений и

зеленых водорослей это хлорофилл b,
у бурых и диатомовых – хлорофилл с,
у красных водорослей – хлорофилл d.
У фототрофных бактерий аналог хлорофилла – бактериохлорофилл

Все растения имеют два вида хлорофилла:

Кроме хлорофилла, в растениях присутствуют и другие пигменты.
желтые пигменты –

Каротиноиды принимают участие в поглощении света при фотосинтезе, но хлорофилл является основным пигментом, а каротиноиды – дополнительными. Каротиноиды выполняют роль стабилизаторов фотосинтеза, защищая хлорофилл от самоокисления и разрушения.

оранжевые или красные пигменты – каротины

желтые – ксантофиллы

каротиноиды

фикобилины

фикоэритрины красного цвета,
фикоцианины синего цвета

– спиртах, эфирах и др., но в безводных растворителях нерастворим.
хлорофилл

реагирует со щелочами, при этом образуется соль хлорофиллина зеленого цвета.
хлорофилл реагирует с кислотами по принципу замещения магния на водород с появлением бурой окраски (феофитин).
хлорофилл поглощает почти все красные и сине-феолетовые лучи. Зеленые лучи поглощаются слабо, чем и обусловливается зеленая окраска растений
 

электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме с максимально возможной скоростью
Электромагнитное излучение

хар-тся длиной волны и частотой.

Видимый свет используют растения для фотосинтеза.

Электромагнитные волны излучаются и поглощаются не непрерывно, а отдельными порциями – квантами (фотонами). Каждый квант света несет определенное количество энергии, которая находится в обратной зависимости от длины волны т.е. чем больше длина волны, тем меньше энергия кванта От длины волны зависит не только энергия кванта, но и его цвет

с длиной волны 710 нм
коротковолновой ФС2, поглощающей свет с длиной волны

690 нм

◊Светособирающие пигменты: каротиноиды, фикобилины
◊хлорофилл
◊Реакционный центр
◊ переносчики электронов белковой и небелковой природы.

Комплексы ФС2 локализованы в областях тилакоидов гран,
комплексы ФС1 находятся преимущественно в стромальных участках тилакоида.

Строение ФС

Цитохромный комплекс

коротковолновой части спектра видимого света. 3. Пигменты, поглощающие в средневолновой части

спектра видимого света. 4. Молекулы хлролофилла a с различными спектрами поглощения. 5. Хлорофилл-ловушка P680 или P700. 6. Путь энергии поглощенного кванта света к хлорофиллу-ловушке

Перенос энергии происходит только от пигментов, поглощающих свет с меньшей длиной волны, к пигментам, поглощающим свет с большей длиной волны

от света
не зависят
Открыта 1958 г- Арнон
Открыта 1953 г -Кальвин
поглощение кванта

света пигментами антенного комплекса;
передача энергии кванта света на хлорофилл-ловушку;
отдача хлорофиллом-ловушкой РЦ электрона акцептору электрона.

Запасание солнечной энергии в макроэргических молекулах АТФ и НАДФ.Н

характеризующееся электронной структурой с повышенной энергией и способностью легко отдавать

электрон. Такой электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, – он также приобретает дополнительную потенциальную энергию. Электрон, как по ступеням, перемещается по цепочке сложных органических соединений, встроенных в мембраны хлоропласта. Эти соединения отличаются друг от друга своими окислительно-восстановительными потенциалами, которые к концу цепи повышаются. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ.
Растративший свою энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает молекулу хлорофилла. Электрон снова проходит по тому же пути, расходуя свою энергию на образование новых молекул АТФ, и весь цикл повторяется.

Физико-химические основы фотосинтеза

е

е

е

е

е

е

е

е

е

АТФ

Циклическое фосфорилирование

Такая нестабильная молекула не может долго существовать – она стремится

избавиться от избытка энергии различными способами. Хлорофилл-ловушка в РЦ, получив энергию от антенного комплекса, переходит в возбужденное состояние (Хл+).
Возбужденный хлорофилл обладает исключительно высокой реакционной способностью и является достаточно сильным восстановителем, легко отдающим электрон первичному акцептору в РЦ. После потери электрона хлорофилл переходит в основное состояние, и этим заканчивается первый этап фотосинтеза, называемый фотофизическим.

Фазы и процессы фотосинтеза

Фотохимический этап

Первичные акцепторы фотосистем различны.
В ФС I это хлорофилл,
ФС II – феофитин.
Условно их называют окислительно-восстановительные системы Х (ФС I) и Q (ФС II).
Принимая электрон от хлорофилла, они превращаются соответственно в Х– и Q–.

1 – фотон (квант света); 2 – антенный комплекс; 3 – хлорофилл-ловушка (РЦ); 4 – первичный акцептор электрона

новую порцию энергии, он должен восстановиться, т.е. вернуть себе электрон.

В РЦ ФС I электрон поступает по цепочке цитохромов (электрон-транспортной цепи) из ФС II. Таким образом электрон для ФС I образуется за счет окисления хлорофилла ФС II.

Донором электрона для ФС II является процесс фотолиз воды.









При фотолизе воды образуются атом кислорода, два атома водорода и два электрона. Именно электроны, образующиеся при фотолизе воды, восстанавливают хлорофилл ФС II. Следовательно, донором электронов для хлорофилла ФС II является молекула воды.

                       .

Реакционно – способный
радикал

цепи, соединяющей обе фотосистемы, поступает на кофермент НАДФ, который восстанавливается

до НАДФ.Н.
В этом процессе используется атом водорода, который образуется при фотолизе воды.

Фс II

Z-схема нециклического транспорта электрона.

Циклическое фосфорилирование

Окончательная схема световой фазы фотосинтеза

фосфорилирования, или фотофосфорилирования.
нециклическое
осуществляется во время нециклического транспорта электрона
циклическое
осуществляется во

время циклического транспорта электронов при циклическом не происходит синтез НАДФ.Н, необходимый для дальнейшего синтеза глюкозы.

-резервуар
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
е
е
е
е
е
е
е
е
АТФ
е
АТФ
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
Н+
АТФ
Мембрана тилакоида
ФС 1
е
Н * НАДФ

своему приятелю: «Что движет проходящий перед нами поезд?» «Конечно, твое

изобретение»,— ответил его друг. «Нет,— сказал Стефенсон,— его движет тот солнечный луч, который сотни миллионов лет назад поглотило зеленое растение».

Зеленое растение образует питательные вещества для животного и растительного мира, лишенного зеленой окраски.
Зеленое растение в буквальном смысле слова кормит, одевает и согревает нас. Поглощенный сотни миллионов лет назад зеленым растением солнечный луч сохранился до наших дней в виде каменного угля.
Выделяя кислород в процессе фотосинтеза, зеленое растение накапливает кислород в земной атмосфере, без которого мы не можем жить. По приблизительным подсчетам, растения выделяют ежегодно около 400 млрд. т свободного кислорода в атмосферу, поглощают 600 млрд. т углекислого газа и синтезируют около 450 млрд. т органического вещества

самый благородный, путь подражания - это самый легкий и путь

опыта - это путь самый тяжелый." Конфуций

Процесс ф – s знать и понимать.
Уметь объяснять любую из схем
Готовиться к отчету
Сравнить дыхание и фотосинтез (письменно)

Успехов!