Обеспечение клеток энергией

Анаболизм Катаболизм
(Anabole- подъем) (katabole-разрушение)
метаболизм
По источнику С
автотрофы гетеротрофы
(СО2) (органические вещества)
По источнику энергии
фотосинтетики хемосинтетики

Фотосинтез

Хлорофилл поглощает красную (680 нм) и синюю (450 нм) части спектра. Зеленый цвет пигменты отражают и поэтому большинство растений имеют зеленую окраску
Фотосинтез

История открытия фотосинтеза
Фотосинтез был открыт в конце 18 столетия. В изучение этого процесса внесли свой вклад многие ученые. В 1600 году Бельгийский естествоиспытатель
Ян ван Гельмонт поставил первый эксперимент по изучению питания растений.
Ян ван Гельмонт

История открытия фотосинтеза
В 1771 году английский химик Джозеф Пристли проделал следующий опыт: он посадил мышь под стеклянный колпак, и через 5 часов мышь погибла.
При внесении же под
колпак веточки мяты мышь осталась живой.

История открытия фотосинтеза
Голландский ученый Ян Ингенхаус в 1779 году показал, что непременным условием удачного опыта является наличие солнечного света.
Жан Сенебье показал, что в процессе фотосинтеза происходит потребление «Фиксированного воздуха»
Ян Ингенхаус
Жан Сенебье

Фотосинтез
К.А. Тимирязев (1871) впервые высказал идею о непосредственном участии хлорофилла в фотосинтезе
Экспериментально установил, что фотосинтез осуществляется преимущественно в красных и синих лучах видимого спектра
Тимирязев Климент Аркадьевич

Благодаря этому процессу существует весь органический мир на Земле
Это единственный процесс, когда происходит преобразование солнечной энергии в энергию органических веществ
Этот процесс обеспечивает живой мир органическими веществами
Это единственный процесс, который снабжает атмосферу кислородом
Этот процесс защищает живой мир от действия губительных ультрафиолетовых лучей

Фотосинтез – (от греч. foto – «cвет» и synthesis – «соединение»
6 СО2 + 6 Н2О
глюкоза
6С 6Н 12О6+ О2
Фотосинтез – образование (синтез) органических веществ (углеводов) из неорганических веществ(СО2 и Н2О) с использованием энергии света
Фотосинтез

СО2 + Н2О (С Н2О)+ О2
hv
18
18

Листья имеет форму пластинки, что позволяет им ориентироваться в плоскости практически не затеняя друг друга, образуя листовую мозаику
Листовая мозаика

Строение листа

Главным органом фотосинтеза является лист, в клетках которого имеются специализированные органоиды – хлоропласты
Фотосинтез

Хлоропласты
Хлоропласт – органоид двояковыпуклой формы, что обеспечивает лучшее поглощение света
Строение хлоропласта

Гем

Фотосистемы
Фотосистема – это комплекс молекул, локализованный в мембранах тилакоидов, состоящий из фотосинтезирующих пигментов и белков-переносчиков.

Фазы фотосинтеза:
1. Световая фаза – протекает в гранах хлоропласта под влиянием энергии света
2. Темновая фаза – протекает в строме хлоропласта, для ее реакций не нужна энергия света
на мембранах
тилакоидов

2Н2О
О2
4Н+
е
Пластохинон
Цитохром b
АТФ
АДФ + Ф
Цитохром f
Пластоцианин
Ферредоксин
Редуктаза
НАДФ*Н + Н
НАДФ+
е
Световая фаза фотосинтеза
http://bannikov.narod.ru/images/fotnogot.gif
е
е
е
е
е
е
е
е
е

рН 4
рН 8
Н+
Н+
Н+
Н+
2Н2О
4Н+
О2
4е
АТФ-аза

внутри тилакоида (люмен)
снаружи тилакоида (строма)
цитохром
фотосистема II
фотосистема I
Фотосистемы:

Основными ловцами световых частиц являются две формы хлорофилла: П 700 и П 680 (П – пигмент, 700 и 680 – максимум поглощения света в нм). Другие пигменты выполняют вспомогательную роль
Фотосистемы:

Световая фаза:
1. Молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает квант света и переходит в возбужденное состояние. При этом электрон выбивается из молекулы хлорофилла
2. Богатый энергией электроны, поступает в особую цепь переносчиков и передаются на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются и мембрана заряжается отрицательно

Световая фаза:
снаружи тилакоида
внутри тилакоида

Световая фаза:
3. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом П680 фотосистемы ІІ, переводит электрон в возбужденное состояние и выбивает его из молекулы
4. Электрон захватывается акцепторами переносчиками, перемещаясь от одного акцептора к другому, он теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ

Световая фаза:
АТФ

6. Молекула хлорофилла П680 фотосистемы II восстанавливает свой электрон за счет фотолиза воды, т.е. расщепление воды под действием энергии света на Н+ + ОН-
5. Электрон поступает в фотосистему I и восстанавливает молекулу П700. При этом молекула П70О возвращается в исходное
состояние и становится вновь способной поглощать свет
Световая фаза:

Световая фаза:
Н2О
= Н+ + ОН-
Н+
Н+
Н+

7. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно
8. При достижении критической величины разности потенциалов протоны Н+ проталкиваются через канал АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза молекул АТФ
Световая фаза:

Световая фаза:
Н2О
= Н+ + ОН-
Н+
Н+
Н+
АТФ
НАДФ +2Н = НАДФ·Н2
Н+ + е Н0

9. Катионы водорода на наружной стороне мембраны присоединяют электроны молекулы хлорофилла, образуя атомарный водород, который с помощью переносчика НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) поступает в строму хлоропласта на синтез глюкозы
Н+ + е Н0
2Н + НАДФ = НАДФ·Н2
Световая фаза:

Световая фаза:
ОН- е ОН
4ОН 2Н2О +О2

Ионы гидроксильной группы отдают свои электроны, превращаясь в радикалы:
ОН- е ОН. Этот электрон закрывает «дыру» в молекуле хлорофилла фотосистемы II. 4ОН 2Н2О +О2
Световая фаза:
Таким образом, в результате переноса электронов и протонов через мембрану происходит превращение световой энергии в химическую энергию связей молекул АТФ – фотофосфорилирование

Световая фаза:
Н2О
НАДФ
Следовательно, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II и I, и затем к НАДФ – нециклический поток электронов

Таким образом, энергия солнечного света порождает три процесса:
1) Образование кислорода вследствие фотолиза воды
2) Синтез АТФ
3) Образование атомов водорода в форме НАДФ·Н 2
Световая фаза:

Темновая фаза:

Рибулозодифосфат
Фосфоглицерат
Дифосфоглицерат
2 Триозофосфат
Глюкоза
Рибулозомонофосфат
СО2
АТФ
НАДФ*Н+Н
АДФ + Ф
Аминокислоты
1
2
3
4
5
6
АТФ
Цикл
Кальвина –
Бенсона
АДФ + Ф
НАДФ+
Темновая фаза фотосинтеза

Энергообеспечение фотосинтеза
Е
АТФ
Фотофосфорилирование:
АДФ + Ф АТФ

Суммарное уравнение фотосинтеза

1.Протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований CO2
2. Ферменты связывают пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые последовательно восстанавливаются до молекулы глюкозы
Темновая фаза:

Задание 2. Заполните таблицу «Сравнение световой и темновой фаз фотосинтеза»

«Сравнение световой и темновой фаз фотосинтеза»