– это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света. Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах. Суммарная формула фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О + СВЕТ = С6Н2О6 + 6О2

Световая фаза фотосинтеза идет только на свету: квант света выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей во внутренней мембране тилакоида; выбитый электрон либо возвращается обратно, либо попадает на цепь окисляющихся друг друга ферментов. Цепь ферментов передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны.

Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие ионы марганца, лежащие на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях фотосинтеза воды, в результате которых образуется Н+; протоны выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида, и на этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность потенциалов на мембране тилакоидов достигает 200 мВ, через АТФ – синтетазы начинают проскакивать протоны, за счет энергии движения которых синтезируется АТФ.

В темновую фазу из СО2 и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза за счет энергии АТФ. СО2 связывается с помощью фермента с рибулозодифосфатом, который превращается после этого в трехуглеродный сахар. Синтез глюкозы идет в матриксе тилакоидов. Суммарное уравнение темновой стадии.

6СО2 + 24Н = С6Н2О6 + 6Н2О

Тилакоид – вырост внутренней мембраны хлоропласта. Для темновых реакций в хлоропласт непрерывно поступают исходные вещества и энергия. Оксид углерода поступает в лист из окружающей атмосферы, водород образуется в световую фазу фотосинтеза в результате расщепления воды. Источником энергии служит АТФ, которая синтезируется в световую фазу фотосинтеза. Все эти вещества транспортируются в хлоропласт, где и осуществляется синтез углеводов.

Хемосинтез – синтез органических соединений за счет энергии реакций окисления неорганических соединений. Используется некоторыми группами бактерий. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.

Этот тип обмена был открыт русским ученым микробиологом С. Н. . Бактрии обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию реакций окисления неорганических веществ, в энергию синтезируемых органических соединений. Из микроорганизмов, осуществляющих хемосинтез, важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий сложит реакция окисления аммиака в азотную кислоту. Другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтез свойственен также для железобактерий и серобактерий. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. Микроорганизмы очень важны, например, для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот (N2), находится в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак (NH3), который хорошо ими усваивается.

Фотосинтез и хемосинтез являются одними из самых захватывающих процессов, которые происходят в живых организмах. Знание различий между этими двумя реакциями считается необходимым минимумом для учащегося старшей школы, но именно сравнение этих архиважных процессов зачастую вгоняет в ступор самых старательных и вдумчивых учеников.

Определение

Фотосинтез – процесс синтеза органического вещества, простимулированный энергией солнечного света.

Хемосинтез – процесс образования органических соединений, который «заводится» без обязательного наличия солнечных квантов.

Сравнение

Фотосинтез является источником жизнедеятельности живых существ-автотрофов, а именно подавляющего большинства представителей царства Растений и некоторых типов Бактерий, которые в свою очередь служат основным питанием или началом пищевой пирамиды для организмов-гетеротрофов и сапротрофов. Благодаря фотосинтезу на Земле ежегодно образуется 150 миллиардов тонн органического вещества, а атмосфера пополняется 200 миллиардами тонн кислорода, пригодного для дыхания прочих организмов.

Фотосинтез происходит в пластидах – органеллах клеток растений, обладающих пигментом хлорофиллом. В процессе окислительно-восстановительной реакции, коей является фотосинтез, происходит потребление растением воды и неорганических веществ, а именно углекислого газа. Стимулируется сей процесс наличием энергии солнечных квантов. В результате реакции выделяется кислород, а также синтезируются органические вещества – в большинстве случаев глюкоза, она же гексоза или виноградный сахар.

Благодаря хемосинтезу в биосфере происходит круговорот азота, серобактерии выветривают горные породы, создавая базу для образования почв, а водородные бактерии окисляют опасные объемы водорода, которые накапливаются в процессе жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Кроме того, нитрифицирующие бактерии способствуют повышению плодородия грунта, а серобактерии участвуют в очищении сточных вод.

Хемосинтез дислоцируется в клетках бактерий и архей. В процессе окислительно-восстановительных реакций происходит синтез органических веществ. Только не прямо, а через образование энергии АТФ, которая позже тратится на синтез органики. Для этого живые организмы используют CO 2 , водород и кислород, образованные при окислении аммиака, оксида железа, сероводорода и водорода. Учитывая то, что хемосинтез может происходить под землей, в глубинах Мирового океана, в середине других живых организмов, к энергии света он не привязан, им не «заводится», от Солнца не зависит.

Выводы сайт

1. Фотосинтез невозможен без энергии солнечного света, хемосинтез в нем не нуждается.
2. Фотосинтезируют растения и бактерии, хемосинтезируют – бактерии и археи.
3. Оба процесса имеют разное биологическое значение.

Фотосинтез и хемосинтез – два закономерных природных процесса преобразования энергии. На них стоит фундамент жизнедеятельности окружающей среды, включающей живые организмы и микроорганизмы.

Описание фотосинтеза

Фотосинтез – это процесс, производимый некоторыми бактериями, микроорганизмами и зелёными частями растений, для химического преобразования органических веществ из неорганических веществ с помощью воздействия энергии света. В процессе фотосинтеза выделяется кислород из углевода, поглощённого из атмосферы. Сам процесс фотосинтеза впервые был обнаружен в 1770 году Джозефом Пристли. Своё название этот термина получил из двух древнегреческих слов, означающих «свет» и «совмещение». Фотосинтез у разных организмов проходит по-разному и имеет свои особенности. Так, высшие растения используют пигмент – хлорофилл, а бактерии – бактериохлорофилл. Причём у растений при данном преобразовании выделяется кислород, который затем попадает в атмосферу.

Фотосинтез у растений происходит так: фотоны, которые излучаются солнцем, попадают в пигмент листа – молекулу хлорофилла. Далее процесс распределяется на разделённые кластеры, находящиеся в свою очередь в молекулах. Условно кластеры принято называть фотосистемой 1 и 2. В них проходят определённые процессы, скачкообразно возрастает энергия и передаётся молекулам хлорофилла. Кроме того, необходимо знать, что фотосинтез проходит в две стадии – световую и темновую. В результате проходящих химических реакций теряется несколько электронов хлорофилла и расщепляется вода. Электроны водорода из расщеплённой воды становятся на место потерянных электронов. После этого происходит перекидывание электронов по молекулярной цепочке с дальнейшим преобразованием. В конце концов, энергия, содержащаяся в двух кластерах, запасается в молекулах и дополнительно появляется одна молекула кислорода.

Описание хемосинтеза

Хемосинтез – это процесс выработки органических веществ из неорганических веществ за счёт энергии, полученной в результате химической реакции окисления таких соединений, как: сероводород, водород, аммиак и т.д. Производится он бактериями, не содержащими хлорофиллы. Этот способ получения энергии - своего рода приспособление в тех местах, где солнечный свет, а значит и солнечная энергия, недоступны. Например, проявление хемосинтеза наблюдается на дне водоёма. Хемосинтез был открыт в 1887 году С.Н. Виноградским.

Различия и свойства фотосинтеза и хемосинтеза

Отличительной особенностью хемосинтеза и фотосинтеза является тот факт, что у последнего главным «рычагом» для работы является свет, и выделяемая им энергия. Действующим же стимулом для процесса хемосинтеза являются химические реакции из веществ, находящихся в окружающей среде.

Фотосинтез и хемосинтез очень важны для круговорота природы. С их помощью одни вещества не поглощаются другими и не исчезают. Без процесса фотосинтеза атмосфера не обновлялась бы кислородом, без которого не может жить ни одно живое существо на нашей планете. Процесс фотосинтеза активно влияет на сельскохозяйственные культуры. При его нарушении или недостаточности, спровоцированной отсутствием солнца, существенно падает урожай. Хемосинтез оказывает своё поистине «сказочное» влияние на среду в зависимости от того, какие соединения берутся в обработку теми или иными бактериями. От состава соединений зависит эффект и результат процесса. Так, бактерии могут очистить водоём при условии, что там есть соединения серы и сероводород. Бактерии, использующие соединения аммиака и азотной кислоты для хемосинтеза, являются главной причиной плодородия почвы. Бактерии, окисляющие железные соединения, способствуют отложению полезных руд и металлов.

Муравьёва Елена Леонтьевна
Должность: учитель биологии
Учебное заведение: МБОУ "СШ № 14"
Населённый пункт: город Евпатория Республика Крым
Наименование материала: конспект урока
Тема: "Сравнение процессов фотосинтеза и хемосинтеза"
Дата публикации: 03.03.2018
Раздел: полное образование

Биология 10 класс химико – биологического профиля.

Практическая работа № 4

Тема: «Сравнение процессов фотосинтеза и хемосинтеза»

Цель:

1) сравнить процессы фотосинтеза и хемосинтеза, особенности процессов фотосинтеза и

хемосинтеза;

2) выяснить значение фотосинтеза и хемосинтеза для биосферы.

Оборудование и материалы: методическое руководство по выполнению практической

работы №4 «Сравнение процессов фотосинтеза и хемосинтеза», «схемы, отражающие

суть процессов фотосинтеза и хемосинтеза в клетках организмов, презентация

«Фотосинтез.Хемосинтез».

Ход работы:

Рассмотрите предложенные схемы фотосинтеза и хемосинтеза в клетках.

Заполните таблицу «Сравнение процессов фотосинтеза и хемосинтеза».

Признаки для сравнения

Фотосинтез

Хемосинтез

Происхождение названия.

Где в клетке происходит.

Наличие световой и темновой фазы

процесса.

Источник энергии для осуществления

этих процессов.

В каком веществе запасается энергия.

Наличие пигментов.

Использование кислорода.

Источник углеводов.

Конечные продукты реакций.

Характерен для организмов.

К какому Царству относятся

организмы.

Способ питания организмов.

Уравнения реакций.

Фамилия учёного открывшего процесс

Биологическая роль процесса.

Определение данных процессов.

Значение процессов в биосфере.

Установить соответствия:

А). Окисляют аммиак

В). Окисляют двухвалентное железо до трехвалентного

E (энергия)

Е). Окисление водорода до органических веществ

З). Окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислот

1. Железобактерии 2. Водородные бактерии

3. Серобактерии

3. Нитрофицирующие бактерии.

4. Решить задачи:

1) Определите массу образованного при фотосинтезе кислорода, если при этом процессе

синтезировано 45 г глюкозы. Молекулярная масса глюкозы равна 180, молекулярная масса

кислорода – 32.

2) За сутки один человек массой 60 кг при дыхании потребляет в среднем 30 л кислорода

(из расчета 200 см

на 1 кг массы за 1 час). Одно 25-летнее дерево – тополь – в процессе

фотосинтеза за 5 весенне-летних месяцев поглощает около 42 кг углекислого газа.

Определите, сколько таких деревьев обеспечат кислородом одного человека.

3) Сколько глюкозы, синтезируемой в процессе фотосинтеза, приходится на каждого из 6

млрд жителей Земли в год? За год вся растительность планеты производит около 130 000

млн т сахаров.

Выполнить тестовые задания:

Вариант 1.

А1. Фотосинтез связан с:

4) образованием целлюлозы

А2. Исходным материалом для фотосинтеза служат

1) белки и углеводы

2) углекислый газ и вода

3) кислород и АТФ

4) глюкоза и кислород

А3. Световая фаза фотосинтеза происходит

1) в гранах хлоропластов

2) в лейкопластах

3) в строме хлоропластов

4) в митохондриях

А4. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:

1) синтеза АТФ

2) синтеза глюкозы

3) синтеза белков

4) расщепления углеводов

А5. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:

1) углекислый газ и кислород

2) глюкоза, АТФ и кислород

3) белки, жиры, углеводы

4) углекислый газ, АТФ и вода

А6. К хемотрофным организмам относятся

1) возбудители туберкулеза

2) молочнокислые бактерии

3) серобактерии

А7. Фотосинтез связан с:

1) расщеплением органических веществ до неорганических

2) созданием органических веществ из неорганических

3) химическим превращения глюкозы в крахмал

4) образованием целлюлозы

А8. Исходным материалом для фотосинтеза служат

1) белки и углеводы

2) углекислый газ и вода

3) кислород и АТФ

4) глюкоза и кислород

А9. Световая фаза фотосинтеза происходит

1) в гранах хлоропластов

2) в лейкопластах

3) в строме хлоропластов

4) в митохондриях

1) фотолиз воды

2) образование глюкозы

3) синтез АТФ и НАДФ Н

4) использование СО2

5) образование О2

6) использование энергии АТФ

1) целлюлоза

2) гликоген

3) хлорофилл

6) нуклеиновые кислоты

Вариант 2 .

А1. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:

1) синтеза АТФ

2) синтеза глюкозы

3) синтеза белков

4) расщепления углеводов

А2. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:

1) углекислый газ и кислород

2) глюкоза, АТФ и кислород

3) белки, жиры, углеводы

4) углекислый газ, АТФ и вода

А3. К хемотрофным организмам относятся

1) возбудители туберкулеза

2) молочнокислые бактерии

3) серобактерии

А4. Организмы, способные фотосинтезу относят к:

1) хемоавтотрофам;

2) фотоавтотрофам;

3) миксотрофам;

4) гетеротрофам

А5. Биологический смысл процесса фотосинтеза состоит в образовании:

1) нуклеиновых кислот;

2) белков;

3) углеводов;

А6. Какие из перечисленных организмов способны к фотосинтезу?

1) пеницилл и дрожжи;

2) ольха и серобактерии;

3) инфузория и эвглена зелёная;

4) клён и цианобактерии

А7. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется при распаде:

1) глюкозы;

4) белков.

А8. Какие лучи солнечного спектра используются растениями для фотосинтеза?

1) красные и зелёные;

2) красные и синие;

3) зеленые и синие;

А9. Какие пластиды содержат пигмент хлорофилл?

1) лейкопласты;

2) хлоропласты;

3) хромопласты;

4) все пластиды.

В1. Выберите процессы, происходящие в световой фазе фотосинтеза

1) фотолиз воды

2) образование глюкозы

3) синтез АТФ и НАДФ Н

4) использование СО2

5) образование О2

6) использование энергии АТФ

В2. Выберите вещества, участвующие в процессе фотосинтеза

1) целлюлоза

2) гликоген

3) хлорофилл

6) нуклеиновые кислоты

Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза.

Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно.

Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной.

В настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из СО 2 и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.

Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл , молекула которого способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат ). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода: световую и темновую фазы.

Световая фаза – это этап, на котором поглощенная хлорофиллом энергия света преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции , вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ Н

2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ Н;

3) фотолиз воды : 2Н 2 О → 4Н+ + 4е- + О 2 .

Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складок внутренней мембраны хлоропластов, из которых формируются граны – стопки мембран.

Результаты световых реакций:

фотолиз воды с образованием свободного кислорода,

синтез АТФ,

восстановление НАДФ+ до НАДФ Н.

Темновая фаза – процесс преобразования СО 2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ Н.

Результат темновых реакций: превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

Суммарное уравнение фотосинтеза -

Значение фотосинтеза:

образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов и образования защитного озонового экрана (предохраняющего организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения);

производство исходных органических веществ - пищи для всех живых существ;

снижение концентрации диоксида углерода в атмосфере.

Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы.

Роль хемосинтеза : бактерии – хемосинтетики разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.

Тематические задания

А1. Фотосинтез связан с:

1) расщеплением органических веществ до неорганических

2) созданием органических веществ из неорганических

3) химическим превращения глюкозы в крахмал

4) образованием целлюлозы

А2. Исходным материалом для фотосинтеза служат

1) белки и углеводы

2) углекислый газ и вода

3) кислород и АТФ

4) глюкоза и кислород

А3. Световая фаза фотосинтеза происходит

1) в гранах хлоропластов

2) в лейкопластах

3) в строме хлоропластов

4) в митохондриях

А4. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:

1) синтеза АТФ

2) синтеза глюкозы

3) синтеза белков

4) расщепления углеводов

А5. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:

1) углекислый газ и кислород

2) глюкоза, АТФ и кислород

3) белки, жиры, углеводы

4) углекислый газ, АТФ и вода

А6. К хемотрофным организмам относятся

1) возбудители туберкулеза

2) молочнокислые бактерии

3) серобактерии

В1. Выберите процессы, происходящие в световой фазе фотосинтеза

1) фотолиз воды

2) образование глюкозы

3) синтез АТФ и НАДФ Н

4) использование СО 2

5) образование О 2

6) использование энергии АТФ

В2. Выберите вещества, участвующие в процессе фотосинтеза

1) целлюлоза

2) гликоген

3) хлорофилл

6) нуклеиновые кислоты