Задачи: Сформировать знания о реакциях пластического и энергетического обменов

их взаимосвязи;
Дать характеристику фотоавтотрофному и хемоавтотрофному типам питания.
Тема: Фотосинтез, хемосинтез
Пименов

А.В.

Глава III.
Обеспечение клеток энергией.

основной части органического вещества на Земле, поддерживающий определенную температуру на

поверхности Земли. Для живых организмов наиболее важны: свет ультрафиолетовой части спектра, видимый свет и инфракрасное излучение.
Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губителен для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном.

несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже

человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых.
Видимый свет с длиной волны от 380 до 750 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными для ориентации.
Для фотосинтеза используются, в основном, синие и красные лучи света.

750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра

для животных с непостоянной температурой тела — пойкилотермных.
Количество энергии, которое несет свет обратно пропорционально длине волны, то есть меньше всего энергии несут инфракрасные лучи.

воды за счет энергии света, при этом выделяется кислород.
6СО2 +

6Н2О + Q света  С6Н12О6 + 6О2
Главным органом фотосинтеза является лист, в клетках которого имеются специализированные органоиды, ответственные за фотосинтез — хлоропласты. Строение?

В процессе фотосинтеза различают две фазы: световую и темновую. Световая фаза происходит только на свету в мембранах тилакоидов.
Мембраны тилакоида содержат молекулы хлорофилла, белки цепи переноса электронов и особые ферменты — АТФ-синтетазы.

содержащие около 300 молекул. Более древняя фотосистема появилась у фотосинтезирующих

зеленых бактерий — фотосистема-1, она способна отбирать электроны и протоны у сероводорода, при этом не происходит выделения О2:
СО2 + 2Н2S + световая энергия  (СН2О) + Н2О + 2S

фотосистемы-1, появляется фотосистема-2, способная разлагать воду с выделением О2, способная

отбирать электроны у водорода воды:
СО2 + 2Н2О + световая энергия (СН2О) + Н2О + О2
Сравните: у зеленых и пурпурных бактерий:
СО2 + 2Н2S + световая энергия  (СН2О) + Н2О + 2S

Световая фаза фотосинтеза

энергии пополняют протонный резервуар, перемещая протоны водорода из стромы в

полость тилакоида. Окисленные молекулы реакционного центра (Р-680) восстанавливаются, разлагая воду — отбирая электроны у водорода воды с помощью особого фермента, связанного с фотосистемой-2. Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются в протонном резервуаре.

Световая фаза фотосинтеза

Под действием энергии кванта света электроны реакционного центра фотосистемы-2 (Р-680) возбуждаются, покидают молекулу и попадают на молекулы переносчиков, встроенные в мембрану тилакоида.

реакционный центр (Р-700), выбиваются на внешнюю поверхность мембраны тилакоида, где

их энергия используется для восстановления переносчика водорода НАДФ∙Н2. Если не хватает АТФ, то электроны вновь передаются на молекулы переносчиков и их энергия затрачивается на пополнение протонного резервуара, то есть, в конечном счете, на синтез АТФ АТФ-синтетазой. Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1 — образованием кислорода; 2 — образованием АТФ; 3 — образованием НАДФ·Н2.

Световая фаза фотосинтеза

Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, срабатывает фермент АТФ-синтетаза, протоны проталкиваются через его канал и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ.

— в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия

света. Происходит фиксация углекислого газа, содержащегося в воздухе, причем акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобисфосфат.

Темновая фаза фотосинтеза

в темновую фазу фотосинтеза. Происходит поглощение СО2 и карбоксилирование пятиуглеродного

сахара рибулозобисфосфата с образованием 6-углеродного соединения. Затем происходит цикл реакций Кальвина, в которых через ряд промежуточных продуктов происходит образование глюкозы.

Темновая фаза фотосинтеза

счет энергии солнечного света – фотоавтотрофы или за счет энергии

окисления неорганических соединений – хемоавтотрофы.
Хемоавтотрофы:
Хемосинтетики окисляют аммиак (нитрифицирующие бактерии) сероводород, серу, водород и соединения железа. Источником водорода для восстановления углекислого газа является вода. Открыт в 1887 году С.Н.Виноградским.
Важнейшая группа хемосинтетиков – нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак, образующийся при гниении органических остатков, сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты:
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 663 кДж
2НNО2 + O2 = 2HNO3 + 142 кДж
Азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, образует нитраты, которые хорошо усваиваются растениями.

Хемоавтотрофный тип питания

+ О2 = 2Н2О + 2S + 272 кДж
При недостатке

сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление серы до серной кислоты:
2S + 3О2 + 2Н2О = 2Н2SО4 + 636 кДж
Железобактерии окисляют двувалентное железо до трехвалентного:
4FeCO3 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2 + 324 кДж
Водородные бактерии используют энергию, выделяющуюся при окислении молекулярного водорода:
2Н2 + О2 = 2Н2О + 235 кДж

Хемоавтотрофный тип питания

не выделяют кислород, донор водорода – Н2S:
Qсвета + 6СО2 +

12Н2S → С6Н12О6 + 12S + 6Н2О

У цианобактерий (синезеленых) появилась фотосистема-2 и при фотосинтезе кислород выделяется, донором водорода для синтеза органики является Н2О:
Qсвета + 6СО2 + 12Н2О → С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О

Хемоавтотрофный тип питания

И первая и вторая.
4. Фотосистемы еще отсутствуют.

Тест 2. Впервые появляется

фотосистема 2:
1. У зеленых серобактерий.
2. У пурпурных серобактерий.
3. У цианобактерий (синезеленых).
4. У одноклеточных водорослей.

Тест 3. Фотосистемы располагаются:
В мембранах тилакоидов.
Внутри тилакоидов.
В строме.
В межмембранном пространстве.

тилакоидов.
В строме.
В межмембранном пространстве.

Тест 5. Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают:
В

мембранах тилакоидов.
Внутри тилакоидов.
В строме.
В межмембранном пространстве.

**Тест 6. В световую фазу фотосинтеза происходит:
Образование АТФ.
Образование НАДФ·Н2.
Выделение О2.
Образование углеводов.

углеводов.

Тест 8. При фотосинтезе происходит выделение О2, выделяющегося при разложении

молекул:
СО2.
Н2О.
СО2 и Н2О.
С6Н12О6.

**Тест 9. Способны синтезировать органические вещества, используя неорганический источник углерода:
Хемоавтотрофы.
Хемогетеротрофы.
Фотоавтотрофы.
Любые гетеротрофы.

гетеротрофы

**Тест 11. Из световой фазы в темновую поступают:
Вода.

Углекислый газ.
Кислород.
АТФ.
НАДФ-Н2