§ 27. Фотосинтез



1. Фотосинтез относится к процессам пластического или энергетического обмена? Почему?

Фотосинтез относится к процессам пластического обмена. Так как в процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ из углекислого газа и воды.

2. В каких органоидах растительной клетки происходит фотосинтез? Что представляет собой фотосистема? Какую функцию выполняют фотосистемы?

У растений и водорослей фотосинтез осуществляется в специальных органоидах — хлоропластах. В мембранах тилакоидов расположены особые пигмент-белковые комплексы — фотосистемы. Существует два типа фотосистем — фотосистема I и фотосистема II. В состав каждой входит светособирающая антенна, образованная молекулами пигментов, реакционный центр и переносчики электронов. Главное различие фотосистем заключается в том, что в состав фотосистемы II входит особый ферментный комплекс, осуществляющий на свету фотолиз воды — расщепление молекул воды с образованием кислорода (О2), электронов и протонов (Н). В фотосистеме I отсутствует подобный ферментный комплекс, и, следовательно, она не способна использовать воду в качестве источника электронов для восстановления своей молекулы-ловушки.

3. Каково значение фотосинтеза на Земле? Почему без фототрофных организмов существование биосферы было бы невозможным?

Уникальность и биологическое значение фотосинтеза определяются тем, что жизнь на нашей планете всем своим существованием обязана этому процессу. Фотосинтез является основным источником питательных веществ для живых организмов, а также единственным поставщиком свободного кислорода на Земле. Из кислорода сформировался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы Земли от губительного воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения. Кроме того, благодаря фотосинтезу поддерживается относительно постоянное содержание СО2 в атмосфере.

4. Охарактеризуйте световую и темновую фазы фотосинтеза по плану: 1) место протекания; 2) исходные вещества; 3) происходящие процессы; 4) конечные продукты. Какие продукты световой фазы фотосинтеза используются в темновой фазе?

Световая фаза осуществляется на мембранах тилакоидов и только при наличии света. Реакции темновой фазы протекают в строме хлоропласта и не требуют света, однако для их прохождения необходимы продукты световой фазы. Поэтому темновая фаза идет практически одновременно со световой. Исходные вещества в световой фазе - восстановленный НАДФ, темновая фаза – углекислый газ и восстановленный НАДФ. Таким образом, в ходе световой фазы энергия света поглощается и преобразуется в энергию макроэргических связей АТФ, происходит расщепление воды с выделением кислорода и накопление атомов водорода. Продуктами световой фазы фотосинтеза являются АТФ, восстановленный НАДФ и кислород. Кислород — побочный продукт фотосинтеза, он выделяется в окружающую среду. Во время темновой фазы из окружающей среды в хлоропласты поступает углекислый газ, а в строме хлоропластов происходит его восстановление до органических веществ. Конечными продуктами является глюкоза и кислород.

5. Сравните фотосинтез и аэробное дыхание. Укажите черты сходства и различия.

Различие: в процессе фотосинтеза происходит синтез глюкозы, а в процессе аэробного дыхания ее расщепление. Оба процесса происходят с участием кислорода.

6. Человек за сутки потребляет примерно 430 г кислорода. Дерево средней величины поглощает около 30 кг углекислого газа в год. Сколько деревьев необходимо, чтобы обеспечить одного человека кислородом?

Из расчета, что при потреблении 430 г кислорода выделяется 430 г углекислого газа. В год человек выделяет 430*365=154 800 г в год, что равно 154,8 кг в год. Если 1 дерево поглощает 30 кг углекислого газа в год, то 154,8 кг/30 кг= 5,1 деревьев на одного человека.

7. Исследователи разделили растения пшеницы на две группы и выращивали их в лаборатории в одинаковых условиях, за исключением того, что растения первой группы освещали красным светом, а растения второй группы — зеленым. У растений какой группы фотосинтез протекал более интенсивно? С чем это связано?

Пшеница содержит молекулы хлорофилла, которые поглощают красный и синий лучи спектра и отражают зеленые (поэтому растения имеют зеленую окраску). Значит у той группы растений, которых освещали красными светом фотосинтез протекал более интенсивно, так как хлорофилл может поглощать лучи данного спектра и полученную энергию тратить на образование органических веществ.

8. С помощью какого эксперимента можно доказать, что кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется именно из молекул воды, а не из молекул углекислого газа или какого-либо другого вещества?

Можно применить метод меченных атомов, когда атомы кислорода в воде будут помечены веществами-метками, а затем данные атомы будут прослеживаться в молекулах кислорода.