Урок биологии Фотосинтез, хемосинтез
Урок в 10 классе
(Общественно – гуманитарное направление)
Тема: Фотосинтез и хемосинтез
Учитель: Бакеева Е.И.
Цель урока: Формирование знаний о фотосинтезе как пластическом обмене веществ у растений.
— Раскрыть сущность световой и темновой фаз фотосинтеза;
определить значение фотосинтеза для живых организмов на Земле, пути повышения его эффективности; ознакомить с хемосинтезом.
— Развитие самостоятельности у учащихся, умений добывать знания из учебника и дополнительной литературы.
Оборудование: таблицы «Строение хлоропласта» и «Фотосинтез».
Тип урока: изучение нового материала.
I . Актуализация знаний.
— Какие вам известны типы питания организмов? (Гетеротрофное, автотрофное).
— Приведите примеры автотрофных и гетеротрофных организмов.
— Вспомните, какие виды обмена веществ вам известны (определения).
В клетках растений и животных пластический и энергетический обмены сходны, но в клетках растений, содержащих хлорофилл, протекают специфические процессы. Растительные клетки, используя энергию солнечного излучения, синтезируют органические вещества из неорганических.
— Как называется этот процесс?
— Дайте определение фотосинтеза. (Фотосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических, идущий за счет солнечной энергии, с участием хлорофилла и с выделением кислорода.)
II . Изучение нового материала.
1.Значение фотосинтеза для всего живого на Земле, для круговорота веществ в природе (самостоятельная работа с текстом учебника на стр.60-64).
2.История открытия фотосинтеза. (Сообщение учащегося).
1630 г. – Ян Ван Гельмонт – растения сами образуют органические вещества.
1772 г – Джозеф Пристли – растения «исправляют» воздух, «испорченный» горящей свечой.
1779 г – Ян Ингенхауз – растения исправляют «плохой» воздух только на свету.
1883 г. – Энгельман – фотосинтез пурпурных бактерий без выделения кислорода.
1887г. – С.Н.Виноградский – хемосинтез бактерий.
Фотосинтез – многоступенчатый процесс, состоящий из двух фаз – световой и темновой.
3.Световая фаза фотосинтеза. Хлорофилл. Его локализация в гранах хлоропласта. Использование энергии света в процессе фотосинтеза.(Беседа, рассказ, изучение схемы фотосинтеза по таблицам).
Световая фаза (фотохимическая) происходит в гранах хлоропластов. В хлоропластах содержится магнийорганическое вещество хлорофилл. Его молекулы способны поглощать красные и синие лучи видимой части спектра, а зеленые – отражать, поэтому хлорофилл, хлоропласты и в общем лист зеленого цвета.
Фотон (квант света) попадает в молекулу хлорофилла и приводит её в возбужденное состояние, выбивая некоторые подвижные электроны на более высокий энергетический уровень. Часть «возбужденных» электронов возвращается на прежний уровень, другая часть присоединяется к ионам водорода. Эти ионы появляются в результате фотолиза воды.
Фотолиз воды – расщепление молекул воды под действием кванта света (А.П.Виноградов).
Н
2О hv Н + +ОН — ; Н + + е Н о .
Н + захватываются органическим веществом НАДФ + , который при этом переходит в свою восстановленную форму НАДФ . Н2. Это вещество богато энергией, которая необходима будет в темновой фазе.
ОН — , оставшись без противоположно заряженных частиц, теряют электроны и превращаются в радикалы, которые. Попарно соединяясь, образуют воду и молекулярный кислород:
О
Н — е + ОН 0 ;
4
ОН 0 2Н2О + О2 о
Молекулярный кислород диффундирует через устьица листа в окружающую атмосферу Земли.
Некоторые из «возбужденных» электронов хлорофилла и электроны от ОН — участвуют в образовании макроэргической связи в АТФ, т.к.электроны обладают большим запасом энергии:
АДФ + Ф + энергия е АТФ
восстановление НАДФ . Н2;
4.Темновая фаза фотосинтеза. Использование водорода из НАДФ . Н2 на восстановление СО2 и образование углеводов, роль АТФ в этом процессе (рассказ).
Темновая фаза (ферментативная) происходит в строме хлоропластов.
СО2 из воздуха поступает в строму хлоропласта и вступает в соединение с пентозой, находящейся в клетке. Происходит ряд ферментативных реакций, в результате которых из СО2 и Н2О образуется глюкоза. При этом используется энергия АТФ и водород, полученные в световую фазу.
Суммарное уравнение реакций фотосинтеза:
6
СО2 + 6Н2Оэнергия света хлорофилл С6Н12О6 + 6О2
5.Продуктивность фотосинтеза (рассказ).
К.А.Тимирязеву, который внес большой вклад в изучение фотосинтеза, принадлежат слова: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете»
Фотосинтез – основной поставщик органических соединений и свободного кислорода на Земле.
6.Хемосинтез (самостоятельная работа с текстом на стр.64).
III . Закрепление изученного материала.
Выполнение теста. Самоконтроль.
1.Организмы, живущие за счет неорганического источника углерода:
2.Пигмент хлорофилл сосредоточен:
А) в оболочке хлоропласта
3.В хлоропластах световые реакции протекают:
А) только в квантосомах
Б) в гранах и строме
В) в гранах и тилакоидах
Г) в тилакоидах и строме.
4.Стадия, на которой в хлоропласте образуется первичный углевод:
А) световая стадия;
Б) темновая стадия.
5.Роль ферментов при фотосинтезе:
6.Конечными продуктами световых реакций фотосинтеза являются:
А) АТФ, вода, кислород;
Б) АТФ, углеводы, кислород;
В) НАДФ Н2, АТФ, кислород;
Г) НАДФ Н2, вода, кислород.
1.Организмы, живущие за счет органического источника углерода:
2.Органеллы, в которых происходит процесс фотосинтеза:
А) в митохондриях;
В) в хлоропластах;
Г) в хромопластах.
3.Стадия фотосинтеза, в которой образуется свободный кислород:
4.В световую фазу с АТФ происходит:
5.Расщепляются ли молекулы СО2 при синтезе углеводов:
6.В хлоропласте темновая фаза фотосинтеза протекает в:
Б) гранах и строме;
В) гранах и тилакоиде;
Г) тилакоидах и строме.
Ответы: 1 вариант 1 – а, 2 – в, 3 – в, 4 – б, 5 – б, 6 – в.
2 вариант 1 – б, 2 – в, 3 – б, 4 – а, 5 – б, 6 – а.
Домашнее задание: §10; вопросы; задание.
Источник
Питание клеток. Фотосинтез. Хемосинтез
Урок 18. Введение в общую биологию и экологию 9 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Питание клеток. Фотосинтез. Хемосинтез»
Всем живым организмам, обитающим на Земле для жизнедеятельности необходима энергия. Которая заключена в связях органических веществ. Организмы получают органические вещества разными путями.
В 80-х гг. XIX в. немецкий биолог Вильгельм Пфеффер разделил все живые организмы по способу питания. Это деление сохранилось и до нашего времени.
Пфеффер заметил, что зелёные растения не нуждаются в притоке органических веществ извне, а сами синтезируют его используя солнечную энергию в процессе фотосинтеза.
Растения, используя энергию солнечного света и поглощая минеральные вещества из почвы и воды, синтезируют органические вещества. Которые необходимы для строительства новых клеток и тканей. А полученная энергия используется для проведения всех необходимых реакций.
Пфеффер назвал такие организмы автотрофами, что означает (от греч. «авто» − сам, «трофе» − пища) «само питающиеся».
Часть автотрофов получают энергию за счёт солнечного света и поэтому их называют фототрофами. К ним относятся растения и цианобактерии.
А некоторые организмы получают энергию за счёт энергии окисления неорганических веществ, и в этом случает их называют хемотрофами. К ним относятся хемотрофные нитрифицирующие бактерии и другие.
За счёт того, что автотрофы сами синтезируют органические вещества из неорганических они не только кормятся сами, но и кормят все остальные живые организмы. Которые нуждаются в готовом органическом веществе. Такие организмы Пфеффер назвал гетеротрофами (др.-греч. ἕτερος — «иной», «различный» и τροφή — «пища»).
К ним относятся все животные, которые извлекают необходимую им энергию из готовых органических веществ, поедая растения или других животных. Затем они перестраивают в своих организмах полученные органические вещества в те, которые им необходимы.
Сюда же можно отнести группу бесхлорофильных растений-паразитов, которые, присасываясь к корням своих собратьев, поглощают необходимые им вещества.
По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов и осмотрофов. Фаготрофы питаются путём заглатывания твёрдых кусков пищи (это животные).
А осмотрофы поглощают органические вещества в растворенном виде через клеточные стенки (к ним относят грибы и большинство бактерий).
По состоянию источника пищи гетеротрофы делят на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми организмами и к ним относятся зоофаги. Они поедают животных и фитофаги которые поедают растения.
Для сапротрофов пищей являются органические вещества мёртвых тел или выделения животных. Существуют сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения, сапротрофные животные. Среди них встречаются детритофаги (которые питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных) и копрофаги (которые питаются экскрементами) и др.
Некоторые живые организмы способны как к автотрофному, так и к гетеротрофному питанию. Такие организмы называют миксотрофами. Они способны синтезировать органические вещества и питаться готовыми органическими соединениями. Например, насекомоядные растения эвгленовые и др.
Рассмотрим более подробно получение энергии фототрофными организмами.
Растения и некоторые фототрофные организмы способны улавливать кванты света, которые несут энергию и преобразовывать эту энергию в энергию химических связей органических веществ.
Этот процесс называют фотосинтезом.
Фотосинтез — это синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света. В результате у растений выделяется кислород, и образуются органические вещества для развития.
Фотосинтез сложный многоступенчатый процесс, который проходит в растении непрерывно и днём, и ночью. Поэтому реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.
Сперва рассмотрим световую фазу фотосинтеза.
Для фотосинтеза используются неорганические вещества. Вода поступает в листья от корней по стеблям. Вместе с водой поглощаются минеральные вещества. Углекислый газ растение получает из воздуха, который используется в темновую фазу фотосинтеза.
Где происходит фотосинтез?
Основной тканью растений является мезофилл. Он состоит из клеток двух типов, которые образуют столбчатую и губчатую паренхиму. За счёт расположенных в эпидермисе устьиц обеспечивается поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
Столбчатая паренхима находится под эпидермисом. Она обращена к свету и содержит большую часть хлоропластов листа.
Давайте вспомним строение хлоропластов.
Хлоропласты — это зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. Они созданы для того, чтобы ловить энергию солнечного света.
И поэтому они являются самыми главными органоидами растений. Так как основная функция зелёных пластид — это фотосинтез.
Хлоропласты, имеют двумембранное строение. Между складками мембран находятся граны. Граны расположены таким образом, чтобы на каждую попадал свет. Они состоят из тилакоидов.
Внутреннее пространство тилакоида называется люменом. Пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами называется стромой.
Хлоропласты имеют зелёную окраску, так как хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, а отражают зелёный.
Мембрана тилакоида собственно и является тем местом, где протекают светозависимые реакции фотосинтеза при участии хлорофилла.
Аналогично митохондриальной электроннотранспортной цепи, которую мы с вами уже рассматривали на прошлых уроках цепь переноса электронов фотосинтеза состоит из многих белковых комплексов и молекул перенощиков.
В цепи перенощиков выделяют следующие комплексы.
Фотосистему 2, цитохром Б шесть ЭФ -комплекс, фотосистему 1, фермент редоксин НАДФ редуктазу и АТФ-синтазу.
Квант света ударяет молекулу хлорофилла, которая находиться в фотосистеме 2. В результате молекулы хлорофилла приходят в возбуждённое состояние. При этом в фотосистеме-два высвобождается 2 электрона. Они передаются на перенощик. Который вместе с этим захватывает и 2 протона из стромы.
Недостающий электрон из фотосистемы 2 возмещается электронами благодаря распаду или фотолизу воды.
Дело в том, что энергия света расходуется также на расщепление молекулы воды.
При этом образуются протоны водорода, электроны и свободный кислород.
Так из двух окисленных молекул воды образуется одна молекула кислорода.
Кислород при этом удаляется во внешнюю среду. Таким образом кислород, которым мы дышим это продукт окисления воды.
А протоны (водорода) накапливаются внутри тилакоида. В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счёт протонов водорода заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно.
Тем самым перенощик переносит электроны к (комплексу БЭ шесть эф) 2 протона с перенощика высвобождаются в люмен.
А 2 электрона захватываются двумя протонами комплекса и переносятся на следующий перенощик. Так электроны попадают на фотосистему 1. Здесь так же происходит возбуждение электронов фотонами.
Возбуждённые электроны переходят на следующий перенощик. Который переносит электроны на ФНР-фермент.
ФНР катализирует восстановление НАДФ+ до НАДФН (который содержит 2 электрона и 2 протона).
Созданный градиент концентрации между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида используется АТФ-синтазой для создания АТФ из АДФ.
Во время этого процесса в хлоропласте образуется АТФ приблизительно в 30 раз больше чем, в митохондриях тех же растений.
Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, высвобождение кислорода, синтез АТФ и образование НАДФ·Н2
Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.
Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте.
Углекислый газ, который содержится в воздухе, захватывается специальным веществом пятиуглеродным сахаром (рибулозобифосфатом). Фермент катализирует эту реакцию и образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).
Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2.
Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, нуклеотиды, глицерин и жирные кислоты. Таким образом при помощи солнечного света автотрофные организмы, которые называют фототрофами получают энергию.
А некоторые автотрофные организмы – хемотрофы, как мы уже говорили выше получают энергию за счёт энергии окисления неорганических веществ. Такой процесс называется – хемосинтезом.
К организмам, которые получают энергию за счёт энергии окисления неорганических веществ относятся хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, серобактерии и др.).
Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используются для синтеза сложных органических молекул из углекислого газа и воды.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов составляют нитрифицирующие бактерии.
Эти бактерии обитая в почве окисляют аммиак, который образуется при гниении органических остатков, до азотистой кислоты. Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной.
Азотистая и азотная кислоты, которые образовались в результате окислений, взаимодействуют с минеральными веществами почвы так образуются соли аммония, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.
Хемосинтезирующие бактерии способствуют накоплению в почве минеральных веществ, улучшают плодородие почвы, способствуют очистке сточных вод.
И в отличие от фотосинтезирующих организмов они полностью независимы от солнечного света как источника энергии.
Источник
