САДЫКОВ БОРИС ФАГИМОВИЧ, к.б.н., доцент. Приглашаю на занятия по биологии и генетике. boris.sadykov@gmail.com; +7 (927) 32-32-052
САДЫКОВ БОРИС ФАГИМОВИЧ, к.б.н., доцент. Приглашаю на занятия по биологии и генетике. boris.sadykov@gmail.com; +7 (927) 32-32-052

Фотосинтез

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора  биологии по Скайпу biorepet-ufa.ru.

Прошла уже неделя как я начал заполнять странички своего блога о самых сокровенный тайнах живого  и   вижу, что  кто-то заходит их читать.

Это вселяет надежду на продолжение нашего диалога (пусть пока и монолога, но мысленно я, репетитор по биологии,  уже давно общаюсь с вами).

Еще лежит снег, а Солнце сегодня припекает даже не по-весеннему — загорать можно!

Радуюсь, видя как радуются Солнцу цветы на подоконнике, оживающие после «зимней спячки». Так о чем же нам с вами сегодня говорить, как не о ФОТОСИНТЕЗЕ — этом проводнике между Солнцем и жизнью на нашей матушке Земле.

     Фотосинтез как один из основных  глобальных процессов в биосфере Земли

Все гетеротрофные организмы на Земле нуждаются в углероде, находящемся в органической форме. Только автотрофные организмы (растения и некоторые бактерии) способны ассимилировать углекислоту воздуха (неорганический углерод) и создавать органические вещества в процессе фотосинтеза.                        

Ошибки, допускаемые при сдаче ГИА и ЕГЭ

В школе, начиная с уроков по естествознанию, затем в курсе ботаники, а затем и в курсе общей биологии, изучению фотосинтеза уделяется значительное   место.
Но, как репетитор  по биологии, вынужден обратить ваше внимание, что на экзамене именно по этой теме большинство  из вас допускают  много ошибок. И основная ошибка, как выяснилось, заключается часто в непонимании самой сути  этого жизненно важного процесса.

СкажИте, как вы считаете, к какому типу клеточных реакций следует отнести фотосинтез? К энергетическому или пластическому обмену?

Полагаю, что и вы сейчас немного задумались. Кто-то скажет, конечно к энергетическому. Энергия Солнца переходит в энергию химических связей и превращается в хлоропластах клеток в универсальный источник клеточной энергии АТФ. И они будут правы…

Другие скажут, конечно же к пластическому, потому что при фотосинтезе создаются органические вещества, идет синтез веществ.  И они тоже будут правы.

                                Что же выходит, процесс один, а правды две?

Дело в том, что сам термин фотосинтез уже включает в свое название оба эти процесса. Фото — перевод солнечной энергии растениями в энергию АТФ.

Это так называемое фотосинтетическое фосфорилирование (фотофосфорилирование), осуществляемое в хлоропластах. Хлоропласты — это такое расчудесное чудо! Только они на Земле способны работать на нескончаемом энергетическом топливе — энергии Солнца!!!

А гетеротрофы, помните, чтобы образовать АТФ должны обязательно, поглотив готовые органические вещества извне,  произвести  их окисление в митохондриях своих клеток, то есть они способны лишь к окислительному фосфорилированию.

Так откуда же  берутся изначально для гетеротрофов готовые органические вещества?  Они создаются растениями на втором этапе фотосинтеза — синтеза органических веществ.

Где создаются растениями органические вещества  — спрашивает вас репетитор   по биологии?

Да все в тех же хлоропластах! Хлоропласты не только преобразователи солнечной энергии, но и уловители неорганического углерода СО2 воздуха в цикле Кальвина.. В них же и происходит образование органических веществ.

Дорогие мои, если я вас сейчас своими восторгами по поводу наличия хлоропластов у растений только окончательно запутал, то вернитесь к началу странички, прежде чем решите освежить в памяти саму схему процесса, приведенную ниже.

Эта схема без какой-либо сложной «начинки». Она отражает лишь самое основное, саму суть процесса: что, где, когда.

ФОТОСИНТЕЗ (хлоропласты)

I.Световая стадия (на мембранах тилакоидов гран хлоропластов)

  1. Создание отрицательно заряженного электрического поля снаружи тилакоидов за счет электронов хлорофилла, перешедших на более высокий энергетический уровень (под действием квантов света).
  2. Создание положительно заряженного электрического поля внутри тилакоидов за счет протонов водорода Н+ , образующихся при фотолизе воды (под действием квантов света):………………… ………………………….2Н2О =  4Н+  + 4е- + О(побочный продукт фотолиза воды)

         3. Образуются высокоэнергетические молекулы АТФ и НАДФ*Н (НАДФ*Н выступает переносчиком водорода, который участвует в восстановлении СО2 до глюкозы в темновой фазе фотосинтеза).

II.Темновая стадия (в строме хлоропластов)

Это реакции восстановления  СО2 в цикле КАЛЬВИНА с образованием углеводов (глюкозы)

___________________________________________________________________________________

Схема суммарного  процесс фотосинтеза двух фаз:

___________________________________________________________________________________

Итак, световая стадия процесса так названа, потому что для нее солнечная энергия обязательна. Причем, убедительно прошу как репетитор   по биологии, обратить ваше  внимание на то, что энергия света  в хлоропластах  служит двум целям:

* Под действием света происходит возбуждение электронов хлорофилла — это пигментный белок хлоропластов и 

*  о чем чаще всего и забывают, в световую фазу происходит еще и фотолиз воды.

Таким образом, для первой световой стадии фотосинтеза необходимы солнечный свет, хлорофилл, водаОсновным итогом этой стадии является образование АТФ и НАДФ*Н.

Побочным продуктом реакции фотолиза воды является выделившийся молекулярный кислород О2. Хорошенький такой «побочный продуктик». Благодаря этому побочному продукту атмосфера нашей планеты состоит на 20% из кислорода. Именно кислород, образующийся при фотосинтезе растениями и обеспечивает процессы дыхания всех аэробных организмов на Земле.……………….

Обратите внимание, что вторая темновая стадия фотосинтеза не обязательно протекает только в темноте ночью. Она проходит и днем, но вот свет для второй стадии уже не нужен. Необходимы в наличии в строме хлоропластов для осуществления цикла Кальвина молекулы углекислоты  СО2АТФ и НАДФ*Н.

Конечно же основным итогом фотосинтеза является образование органических веществ (сначала моносахаридов — глюкозы, затем и полисахаридов — крахмала).………………

Вот и все. Думаю, что теперь никто из вас никогда не скажет, что для фотосинтеза нужен кислород и что при фотосинтезе выделяется СО2. 

***************************************

У кого есть вопросы по  статье к репетитору  биологии по Скайпу,   замечания, пожелания — прошу в комментарии.

Репетитор по биологии Садыков Борис Фагимович, 1956 г. рождения. Кандидат биологических наук, доцент. Живу в замечательном городе Уфе. Преподавательский стаж с 1980 года. Репетитор биологии по Скайпу.
А. Общая биология | АТФпластический обменрепетитор биологии по СкайпуФотосинтезфотосинтетическое фосфорилированиефотофосфорилированиехлоропластыэнергетический обмен | Отзывов (18)
Отзывов (18)
  1. Дмитрий

    Здравствуйте, Борис Фагимович!
    Какое «практическое» отличие НАД и НАДФ, вроде бы вещества разные, или нет?
    И второй вопрос. Является ли корректным предложение: «Гетеротрофы потребляют энергию солнечного света, преобразованную автотрофами в энергию химических связей»? Это ответ на вопрос C1 «Энер­гию ка­ко­го типа по­треб­ля­ют ге­те­ро­троф­ные живые ор­га­низ­мы?» Заранее спасибо.

    Ответить
    • Борис Садыков

      Здравствуйте, Дмитрий!
      В клетках никотин-амид-аденин-динуклеотид (НАД) – зависимые дегидрогеназы участвуют в процессах переноса электронов от субстрата к кислороду. НАДФ – зависимые дегидрогеназы играют роль в процессах биосинтеза. Поэтому коферменты НАД и НАДФ отличаются по внутриклеточной локализации: НАД концентрируется в митохондриях, а большая часть НАДФ находится непосредственно в самой цитоплазме клетки.
      Второй вопрос.Конечно ответ не совсем выглядит корректным. Правильнее написать, что “Гетеротрофы потребляют энергию готовых органических веществ, изначально образованных автотрофами за счет энергии солнечного света».

      Ответить
  2. Дмитрий

    Здравствуйте, Борис Фагимович!
    Много информации насчёт транспорта воды и минеральных веществ — корневое давление, транспирация, осмос. А за счёт чего осуществляется движение органических веществ — как «вверх» так и «вниз»? Так же по градиенту концентрации?
    Заранее спасибо.

    Ответить
    • Борис Садыков

      Здравствуйте, Дмитрий! Воде, с растворенными в ней минеральными веществами, необходимо подниматься из почвы вверх по растению (преодолевая силы земного притяжения — гравитацию). Поэтому и нужен «насос» для поднятия воды по ксилеме. А органические вещества образуются вверху растения в листьях и они, наоборот, под действием сил тяжести свободно перемещаются вниз по стеблю (флоэмный ток) к корням.

      Ответить
  3. Светлана

    Борис Фагимович! На образование молекул АТФ в процессе фотосинтеза используется энергия электронов молекулы: 1. НАДФ+; 2. глюкозы; 3. хлорофилла; 4. воды? Я ответила 3. хлорофилла.

    Ответить
    • Борис Садыков

      Да, Светлана, электроны хлорофилла, перешедшие под действием квантов света на более высокий энергетический уровень, и послужат источником энергии для восстановления АДФ в АТФ.

      Ответить
  4. Светлана

    Борис Фагимович! Очень часто сталкиваюсь с вопросом о цианобактериях. Они относятся к фотосинтетикам, а не хемосинтетикам да?

    Ответить
    • Борис Садыков

      Да, Светлана, цианобактерии (или сине-зеленые бактерии), раньше неправильно называли сине-зеленые водоросли, являются фотосинтезирующими бактериями. Они уникальны еще и тем, что способны к азотфиксации.

      Ответить
      • Светлана

        То есть они ещё и хемосинтетики? Или я чего то недопонимаю

        Ответить
        • Борис Садыков

          Нет, Светлана. Азотфиксация (прочтите следующую статью) очень энергозатратный процесс «по расщеплению» тройной связи в молекуле N2. В природе его могут осуществлять только немногие бактерии-азотфиксаторы, питающиеся углеводами растений. Конечно же они все гетеротрофы. Вот бактерии нитрификаторы (переводящие нитритный азот в нитратный) являются хемосинтетиками.

          Ответить
  5. Айдар

    В какое время возникает первичный крахмал? В чем его биологическая роль?

    Ответить
    • Борис Садыков

      Первичный или ассимиляционный крахмал образуется в результате процесса связывания углекислоты в строме хлоропластов в цикле Кальвина в «темновую» фазу фотосинтеза. Этот процесс не обязательно должен происходить ночью, а стадия так названа, так как для осуществления этого процесса свет не требуется.
      Биологическую роль фотосинтезированного крахмала невозможно переоценить, так как он является энергетическим материалом для растения. А растения в целом на планете Земля, являясь первичными продуцентами органических веществ, обеспечивают существование всех остальных групп организмов (животных, бактерий, грибов).

      Ответить
  6. Марина

    Не поняла суммарное уравнение фотосинтеза. Если Вы в левую часть уравнения вставляете АТФ, то и в правой части должны быть АДФ и Ф?

    Ответить
    • Борис Садыков

      Конечно ДОЛЖНЫ, но именно для «уравнения».
      Поскольку вся табличка лишь СХЕМА процесса фотосинтеза (а не весь сложнейший процесс фотосинтеза), включает только само описание этапов фотосинтеза, даже упрощеннее, чем в школьном учебнике, то и заканчивается она, как Вы правильно подметили, не суммарным уравнением, в суммарной схемой процесса фотосинтеза.

      Смысл этой короткой записи явления фотосинтеза — отразить (оттенить) ДВА момента: на восстановление неорганической формы углерода СО2, происходящее в темновой фазе, растение затрачивает энергию молекул АТФ, образованных в световой фазе самого фотосинтеза. И в правой части: сам основной итог (значение растений для всего остального органического мира) — это СОЗДАНИЕ органического вещества (в темновой фазе) и ВЫДЕЛЕНИЕ в атмосферу молекулярного кислорода О2 (как побочного продукта реакции световой фазы).

      На самом деле смыслом этой моей статьи был «сумасшедший выплеск в воздух» вопроса: ну почему даже только сама суть этого важнейшего для жизни общепланетарного процесса, входящего в программу разных курсов биологии в школе, остается за пределами памяти большинства к моменту сдачи экзаменов по биологии (что уж говорить о тех, кто заканчивает школу не сдавая экзаменов по биологии вовсе?).

      Эта схемка ещё удобна для запоминания тем, что если строго под ней написать упрощенную схему энергетического обмена, то можно четко увидеть, что это два идентичных процесса с точностью до наоборот.

      Ответить
  7. Катерина

    Имеет ли смысл разбираться с циклом Кальвина? Уйдёт немало времени…как Вы думаете может всплыть на экзамене=)

    Ответить
    • Борис Садыков

      Думаю, что самое главное — это не путать сами названия циклов Кальвина и Кребса (обе фамилии ученых на одну букву начинаются) и подробно знать не сами стадии этих циклов, а суть процессов, происходящих в них. А именно, в каких реакциях метаболизма они используются.
      Цикл Кальвина — это восстановительный пентозофосфатный цикл, происходящий в строме хлоропластов в темновую фазу фотосинтеза. Это циклический процесс, в котором тратится АТФ, запасенная в световую фазу для фиксации СО2 и создания углеводов. Т.о., цикл Кальвина относится к пластическому обмену, происходящему в клетках фотосинтезирующих автотрофных организмов.
      Цикл Кребса — это окислительный цикл реакций распада органических соединений, до СО2 и воды, служащий в конечном итоге выработке энергии АТФ. Цикл Кребса осуществляется в митохондриях клеток всех аэробных организмов и относится к энергетическому обмену.

      Ответить
      • Катерина

        Спасибо большое за разъяснения.

        Я запомнила вот так, может быть кому-то пригодится:
        Цикл КАльвина – это цикл пластического обмена у растений в процессе фотосинтеза (первичное образование на нашей планете органических веществ. Есть буква “А” в начале слова).
        Цикл КРебса – это цикл трикарбоновых кислот, относится к энергетическому обмену у гетеротрофных организмов (разложение поглощенных органических веществ – второй процесс, есть буква “Р” в начале слова – далеко не первая буква в алфавите).

        Ответить
        • Борис Садыков

          Да, Катерина, при запоминании нового удобно воспользоваться какими-либо ассоциациями…

          Но в Вашем ответе я обнаружил Вот такую ОШИБКУ: если цикл Кальвина действительно связан только с хлоропластами растений, то это совсем не значит, что цикл Кребса присущ только гетеротрофным организмам.

          В чем суть ДЫХАНИЯ любых аэробных организмов (в том числе и растений)? Дыхание или окисление органических веществ в митохондриях любых клеток с целью осуществления реакции образования АТФ — окислительное фосфорилирование (в отличие от световой фазы фотосинтеза в хлоропластах — фотофосфорилирования) происходит как у животных, так и растений. Поэтому цикл Кребса есть у тех, и у других.

          Ответить
Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *