Test de pregătire pentru Examenul Unificat de Stat - „fotosinteză”. Secvența proceselor fotosintetice la plantele verzi (în ordine cronologică) Factori care influențează rata fotosintezei

Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc propria hrană, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.

Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în. Această energie chimică stocată rezultă din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.

Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.

Nota: Ființe vii care depind de alte alimente se numesc . Erbivorele, cum ar fi vacile, precum și plantele care mănâncă insecte, sunt exemple de heterotrofe. Se numesc ființe vii care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.

În acest articol veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.

Definiţia photosynthesis

Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele alge, produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.

Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.

De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?

La fel ca oamenii și alte viețuitoare, și plantele au nevoie de nutriție pentru a-și menține funcțiile vitale. Importanța glucozei pentru plante este următoarea:

• Glucoza produsă prin fotosinteză este folosită în timpul respirației pentru a elibera energia de care planta are nevoie pentru alte procese vitale.
• Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece înmagazinează energie chimică.
• Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante, necesare pentru a susține creșterea și alte procese importante.

Fazele fotosintezei

Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.

Faza ușoară a fotosintezei

După cum sugerează și numele, fazele de lumină necesită lumină solară. În reacțiile dependente de lumină, energia din lumina soarelui este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) și a moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.

Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin

În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru a forma carbohidrați din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin datorită naturii ciclice a procesului.

Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și, ca rezultat, pot apărea în timpul zilei sau nopții), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. Odată ce energia este transferată, moleculele purtătoare de energie revin la fazele de lumină pentru a produce electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.

Diagrama fazelor fotosintezei

Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.

Structura frunzelor plantelor

Nu putem studia pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzei. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.

Structura externă a frunzelor

• Pătrat

Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor lor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.

• Vena centrală și pețiol

Nea centrală și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza astfel încât să primească cât mai multă lumină.

• Lama frunzelor

Frunzele simple au un singur limb, în ​​timp ce frunzele complexe au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.

• Venele

O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin lama frunzei plat pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.

• Baza frunzei

Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.

• Marginea frunzei

În funcție de tipul de plantă, marginea frunzei poate avea diferite forme, printre care: întreg, zimțat, zimțat, crestat, crenat etc.

• Vârful frunzei

La fel ca marginea frunzei, vârful are diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotunjit, obtuz, alungit, întins etc.

Structura internă a frunzelor

Mai jos este o diagramă apropiată a structurii interne a țesuturilor frunzelor:

• Cuticulă

Cuticula acționează ca principal strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.

• Epidermă

Epiderma este un strat de celule care este țesutul de acoperire al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.

• Mezofila

Mezofila este țesutul principal al unei plante. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.

• Cuști de apărare

Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci când apa este disponibilă în mod liber, altfel celulele protectoare devin lente.

• Stoma

Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesutul mezofil. Oxigenul (O2), produs ca produs secundar al fotosintezei, părăsește planta prin stomate. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie înlocuită prin fluxul de transpirație cu apă absorbită de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.

Condiții necesare pentru fotosinteză

Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:

• dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor, care se găsește în aer și poartă denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
• Apă. O substanță chimică limpede, lichidă, inodoră și fără gust (în condiții normale).
• Aprinde.În timp ce lumina artificială este bună și pentru plante, lumina naturală a soarelui oferă în general condiții mai bune pentru fotosinteză, deoarece conține lumină ultravioletă naturală, care are un efect pozitiv asupra plantelor.
• Clorofilă. Este un pigment verde găsit în frunzele plantelor.
• Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.

Ce se produce ca rezultat al fotosintezei?

• Glucoză;
• Oxigen.

(Energia luminoasă este afișată în paranteze pentru că nu este materie)

Nota: Plantele obțin CO2 din aer prin frunze și apă din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.

Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, planta poate fi afectată negativ. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele plantei, iar lipsa apei o încetinește.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.

Structura unei celule vegetale

Funcțiile părților celulelor vegetale

• : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de, fixează și determină forma celulelor, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
• : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
• : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
• : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminii prin procesul de fotosinteză.
• : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
• : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitățile celulei.

Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în primul rând lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.

Dioxid de carbon în timpul fotosintezei

Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se scurge printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.

Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule din frunze. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.

Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.

Lumină în timpul fotosintezei

Frunza are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde se lovește lumina. Acest strat mezofil se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.

În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fotofaze, trebuie menționat că cantitățile excesive pot deteriora clorofila și pot reduce procesul de fotosinteză.

Fazele de lumină nu depind foarte mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.

Apa în timpul fotosintezei

Plantele obțin prin rădăcini apa de care au nevoie pentru fotosinteză. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, permițând apei să treacă ușor prin ele.

Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsă (dreapta).

Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.

Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se ofilește. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.

Care este importanța apei pentru plante?

• Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
• Este un mijloc de transport;
• Menține stabilitatea și verticalitatea;
• Se răcește și se saturează cu umiditate;
• Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.

Importanța fotosintezei în natură

Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este metoda prin care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu vor putea să crească sau să se reproducă.

• Producătorii

Datorită capacității lor de fotosinteză, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept bază pentru aproape fiecare lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantelor din). Toate alimentele pe care le mâncăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.

• Baza lanțului trofic

În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de nutriție pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediile acvatice, viața nu ar fi posibilă.

• Eliminarea dioxidului de carbon

Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și este apoi eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, unde nivelurile de dioxid de carbon cresc cu ritmuri alarmante, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important din punct de vedere al mediului.

• Ciclul nutrienților

Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesutul vegetal și devine disponibil pentru crearea de proteine. Micronutrienții găsiți în sol pot fi, de asemenea, încorporați în țesutul plantei și devin disponibili pentru ierbivorele mai în sus în lanțul trofic.

• Dependența fotosintetică

Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este un factor limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza are loc mai rar în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi, rezultând un ecosistem mai steril.

Toate organismele vii care trăiesc pe Pământ sunt sisteme deschise care depind de aprovizionarea cu materie și energie din exterior. Procesul de consum de materie și energie se numește alimente . Chimicalele sunt necesare pentru construirea corpului, energia este necesară pentru a desfășura procesele vieții.

Există două tipuri de nutriție a organismelor vii: autotrofe și heterotrofe și trei grupuri de organisme în funcție de tipul de nutriție: autotrofe, heterotrofe și mixotrofe.

Clasificarea organismelor vii după tipul de nutriție	Tip	Caracteristică
Organismele	Autotrofi	Organisme care folosesc dioxid de carbon ca sursă de carbon. Cu alte cuvinte, acestea sunt organisme capabile să creeze substanțe organice din cele anorganice - dioxid de carbon, apă, săruri minerale
Plante și unele bacterii	Heterotrofe	Organisme care folosesc compuși organici ca sursă de carbon
Animale, ciuperci și majoritatea bacteriilor	Mixotrofe	Organisme cu un tip de nutriție mixt, care, în funcție de condițiile de viață, pot atât sintetiza substanțe organice din cele anorganice, cât și se hrănesc cu compuși organici gata preparati

Plante insectivore, reprezentanți ai departamentului de alge euglene etc.

În funcție de sursa de energie, autotrofele sunt împărțite în fotoautotrofe și chimioautotrofe.

Clasificarea autotrofelor în funcție de sursa de energie

După metoda de obținere a alimentelor, heterotrofele sunt împărțite în fagotrofe (holozoare) și osmotrofe.

Clasificarea heterotrofelor după metoda de obținere a alimentelor

În funcție de starea sursei de hrană, heterotrofele sunt împărțite în biotrofe și saprotrofe. Metabolism

Componentele metabolismului

Procesele de metabolism plastic și energetic sunt indisolubil legate. Toate procesele sintetice (anabolice) necesită energie furnizată prin reacții de disimilare. Reacțiile de descompunere în sine (catabolism) apar numai cu participarea enzimelor sintetizate în timpul procesului de asimilare.

Rolul ATP în metabolism

Energia eliberată în timpul descompunerii materiei organice nu este utilizată imediat de celulă, ci este stocată sub formă de compuși cu energie înaltă, de obicei sub formă de adenozin trifosfat (ATP). Prin natura sa chimică, ATP este o mononucleotidă.

ATP (acid adenozin trifosforic)- o mononucleotidă formată din adenină, riboză și trei resturi de acid fosforic, interconectate prin legături de înaltă energie.

Aceste legături stochează energie, care este eliberată atunci când sunt rupte:
ATP + H2O → ADP + H3PO4 + Q1
ADP + H2O → AMP + H3PO4 + Q2
AMP + H2O → adenină + riboză + H3PO4 + Q3,
unde ATP este acid adenozin trifosforic; ADP - acid adenozin difosforic; AMP - acid adenozin monofosforic; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.
Furnizarea de ATP în celulă este limitată și este completată prin procesul de fosforilare. Fosforilarea- adăugarea unui rest de acid fosforic la ADP (ADP + P → ATP). Apare cu ritmuri diferite în timpul respirației, fermentației și fotosintezei. ATP-ul este reînnoit extrem de rapid (la om, durata de viață a unei molecule de ATP este mai mică de 1 minut).
Energia acumulată în moleculele de ATP este folosită de organism în reacții anabolice (reacții de biosinteză). Molecula de ATP este un depozit universal și un purtător de energie pentru toate ființele vii.

Metabolismul energetic

Energia necesară vieții este obținută de majoritatea organismelor ca urmare a proceselor de oxidare a substanțelor organice, adică ca urmare a reacțiilor catabolice. Cel mai important compus care acționează ca combustibil este glucoza.
În raport cu oxigenul liber, organismele sunt împărțite în trei grupe.

Clasificarea organismelor în raport cu oxigenul liber

La aerobii obligați și anaerobii facultativi, în prezența oxigenului, catabolismul are loc în trei etape: pregătitoare, fără oxigen și oxigen. Ca urmare, substanțele organice se descompun în compuși anorganici. La anaerobii obligați și anaerobii facultativi, când există o lipsă de oxigen, catabolismul are loc în primele două etape: pregătitoare și fără oxigen. Ca urmare, se formează compuși organici intermediari, încă bogați în energie.

Etapele catabolismului

1. Prima etapă este pregătitoare- constă în descompunerea enzimatică a compuşilor organici complecşi în compuşi mai simpli. Proteinele sunt descompuse în aminoacizi, grăsimile în glicerol și acizi grași, polizaharidele în monozaharide, acizii nucleici în nucleotide. În organismele multicelulare, aceasta se întâmplă în tractul gastrointestinal, în organismele unicelulare, în lizozomi sub influența enzimelor hidrolitice; Energia eliberată în acest proces este disipată sub formă de căldură. Compușii organici rezultați fie suferă o oxidare suplimentară, fie sunt utilizați de celulă pentru a sintetiza propriii compuși organici.
2. A doua etapă - oxidare incompletă (fără oxigen)- constă în descompunerea ulterioară a substanțelor organice, efectuată în citoplasma celulei fără participarea oxigenului. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Oxidarea incompletă și lipsită de oxigen a glucozei se numește glicoliză. Ca rezultat al glicolizei unei molecule de glucoză, se formează două molecule de acid piruvic (PVA, piruvat) CH 3 COCOOH, ATP și apă, precum și atomi de hidrogen, care sunt legați de molecula purtătoare NAD + și stocați sub formă de NADH.
Formula totală a glicolizei este următoarea:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2ATP + 2NAD H.
Următorul în absenţa oxigenului din mediu Produsele de glicoliză (PVC și NADH) sunt procesate fie în alcool etilic - fermentatie alcoolica(în drojdii și celulele vegetale când există o lipsă de oxigen)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 SON + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
sau în acid lactic - fermentația acidului lactic (în celulele animale cu lipsă de oxigen)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
În prezența oxigenului în mediu produșii de glicoliză sunt supuși unei defalcări ulterioare în produse finite.
3. A treia etapă este oxidarea completă (respirația)- constă în oxidarea PVC-ului în dioxid de carbon și apă, efectuată în mitocondrii cu participarea obligatorie a oxigenului.
Se compune din trei etape:
A) formarea acetil coenzimei A;
B) oxidarea acetil coenzimei A în ciclul Krebs;
B) fosforilarea oxidativă în lanțul de transport de electroni.

A. În prima etapă, PVC-ul este transferat din citoplasmă în mitocondrii, unde interacționează cu enzimele matricei și formează 1) dioxid de carbon, care este îndepărtat din celulă; 2) atomi de hidrogen, care sunt eliberați de molecule purtătoare în membrana interioară a mitocondriei; 3) acetil coenzima A (acetil-CoA).
B. În a doua etapă, acetil coenzima A este oxidată în ciclul Krebs. Ciclul Krebs (ciclul acidului tricarboxilic, ciclul acidului citric) este un lanț de reacții secvențiale în timpul cărora o moleculă de acetil-CoA produce 1) două molecule de dioxid de carbon, 2) o moleculă de ATP și 3) patru perechi de atomi de hidrogen transferați către moleculele - transportori - NAD si FAD. Astfel, ca urmare a glicolizei și a ciclului Krebs, molecula de glucoză este împărțită în CO 2, iar energia eliberată în acest caz este cheltuită pentru sinteza a 4 ATP și se acumulează în 10 NADH și 4 FADH 2.
B. În a treia etapă, atomii de hidrogen cu NADH și FADH 2 sunt oxidați de oxigenul molecular O 2 pentru a forma apă. Un NADH este capabil să formeze 3 ATP, iar un FADH este capabil să formeze 2-2 ATP. Astfel, energia eliberată în acest caz este stocată sub forma altor 34 de ATP.
Acest proces decurge după cum urmează. Atomii de hidrogen se concentrează în apropierea exteriorului membranei mitocondriale interioare. Ei pierd electroni, care sunt transferați printr-un lanț de molecule purtătoare (citocromi) ale lanțului de transport de electroni (ETC) către partea interioară a membranei interioare, unde se combină cu moleculele de oxigen:
O 2 + e - → O 2 - .
Ca urmare a activității enzimelor din lanțul de transport de electroni, membrana mitocondrială interioară este încărcată negativ din interior (datorită O 2 -) și încărcată pozitiv din exterior (datorită H +), astfel încât o diferență de potențial este creat între suprafețele sale. Moleculele enzimei ATP sintetaza, care au un canal ionic, sunt încorporate în membrana interioară a mitocondriilor. Când diferența de potențial de-a lungul membranei atinge un nivel critic, particulele de H + încărcate pozitiv încep să fie împinse prin canalul ATPazei de forța câmpului electric și, odată ajunse pe suprafața interioară a membranei, interacționează cu oxigenul, formând apă:
1/2O2 - +2H+ → H2O.
Energia ionilor de hidrogen H + transportată prin canalul ionic al membranei mitocondriale interioare este utilizată pentru a fosforilarea ADP în ATP:
ADP + P → ATP.
Această formare de ATP în mitocondrii cu participarea oxigenului se numește fosforilare oxidativă.
Ecuația generală pentru descompunerea glucozei în timpul respirației celulare este:
C6H12O6 + 6O2 + 38H3PO4 + 38ADP → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.
Astfel, în timpul glicolizei se formează 2 molecule de ATP, în timpul respirației celulare - alte 36 de molecule de ATP, în total, cu oxidarea completă a glucozei - 38 de molecule de ATP.

Schimb plastic

Metabolismul plastic, sau asimilarea, este un ansamblu de reacții care asigură sinteza compușilor organici complecși din cei mai simpli (fotosinteză, chimiosinteză, biosinteza proteinelor etc.).
Organismele heterotrofe își construiesc propria materie organică din componentele organice ale alimentelor. Asimilarea heterotrofică se reduce în esență la rearanjarea moleculelor:
substanțe alimentare organice (proteine, grăsimi, carbohidrați) → molecule organice simple (aminoacizi, acizi grași, monozaharide) → macromolecule ale organismului (proteine, grăsimi, carbohidrați).
Organismele autotrofe sunt capabile să sintetizeze complet independent substanțe organice din molecule anorganice consumate din mediul extern. În procesul de foto- și chemosinteză, se formează compuși organici simpli, din care macromoleculele sunt ulterior sintetizate:
substanțe anorganice (CO 2, H 2 O) → molecule organice simple (aminoacizi, acizi grași, monozaharide) → macromolecule ale organismului (proteine, grăsimi, carbohidrați).

Fotosinteză

Fotosinteză- sinteza compuşilor organici din cei anorganici folosind energia luminii.

Ecuația generală pentru fotosinteză este:

Fotosinteza are loc cu participarea pigmenti fotosintetici, care au proprietatea unică de a transforma energia luminii solare în energie de legătură chimică sub formă de ATP. Pigmenții fotosintetici sunt substanțe asemănătoare proteinelor. Cel mai important pigment este clorofila. La eucariote, pigmenții fotosintetici sunt încorporați în membrana interioară a plastidelor, la procariote, sunt încorporați în invaginările membranei citoplasmatice.
Structura cloroplastei este foarte asemănătoare cu structura mitocondriei. Membrana interioară a tilacoizilor grana conține pigmenți fotosintetici, precum și proteine ​​​​lanțului de transport de electroni și molecule de enzimă ATP sintetază.
Procesul de fotosinteză constă în două faze: lumină și întuneric.
1. Faza ușoară a fotosintezei apare numai în lumină în membrana tilacoizilor grana.
Aceasta include absorbția cuantelor de lumină de către clorofilă, formarea unei molecule de ATP și fotoliza apei.
Sub influența unui cuantum de lumină (hv), clorofila pierde electroni, trecând într-o stare excitată:

Acești electroni sunt transferați de către purtători pe suprafața exterioară a membranei tilacoide, adică în fața matricei, unde se acumulează.
În același timp, fotoliza apei are loc în interiorul tilacoizilor, adică descompunerea acesteia sub influența luminii:

Electronii rezultați sunt transferați de către purtători către moleculele de clorofilă și le reduc. Moleculele de clorofilă revin la o stare stabilă.
Protonii de hidrogen formați în timpul fotolizei apei se acumulează în interiorul tilacoidului, creând un rezervor de H +. Ca urmare, suprafața interioară a membranei tilacoide este încărcată pozitiv (datorită H +), iar suprafața exterioară este încărcată negativ (datorită e -). Pe măsură ce particulele încărcate opus se acumulează pe ambele părți ale membranei, diferența de potențial crește. Când diferența de potențial atinge o valoare critică, forța câmpului electric începe să împingă protonii prin canalul ATP sintetazei. Energia eliberată în acest caz este folosită pentru fosforilarea moleculelor de ADP:
ADP + P → ATP.

Formarea de ATP în timpul fotosintezei sub influența energiei luminoase se numește fotofosforilarea.
Ionii de hidrogen, odată aflați pe suprafața exterioară a membranei tilacoide, întâlnesc electronii acolo și formează hidrogen atomic, care se leagă de molecula purtătoare de hidrogen NADP (nicotinamidă adenin dinucleotid fosfat):
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Astfel, în timpul fazei ușoare a fotosintezei, au loc trei procese: formarea oxigenului prin descompunerea apei, sinteza ATP și formarea atomilor de hidrogen sub formă de NADPH 2. Oxigenul difuzează în atmosferă, iar ATP și NADPH 2 participă la procesele fazei întunecate.
2. Faza întunecată a fotosintezei are loc în matricea cloroplastică atât la lumină cât și la întuneric și reprezintă o serie de transformări secvențiale ale CO 2 provenind din aer în ciclul Calvin. Reacțiile în fază întunecată sunt efectuate folosind energia ATP. În ciclul Calvin, CO 2 se combină cu hidrogenul din NADPH 2 pentru a forma glucoză.
În procesul de fotosinteză, pe lângă monozaharide (glucoză etc.), sunt sintetizați monomeri ai altor compuși organici - aminoacizi, glicerol și acizi grași. Astfel, datorită fotosintezei, plantele se asigură ele însele și tuturor viețuitoarelor de pe Pământ cu substanțele organice și oxigenul necesar.

Caracteristici comparative ale fotosintezei și respirației eucariotelor

Semn	Fotosinteză	Suflare
Ecuația reacției	6CO 2 + 6H 2 O + energie luminoasă → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + energie (ATP)
Materiale de pornire	Dioxid de carbon, apă
Produse de reacție	Materie organică, oxigen	Dioxid de carbon, apă
Importanța în ciclul substanțelor	Sinteza substanțelor organice din substanțe anorganice	Descompunerea substanţelor organice în cele anorganice
Conversia energiei	Transformarea energiei luminoase în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice	Conversia energiei legăturilor chimice ale substanțelor organice în energia legăturilor de mare energie ale ATP
Etape cheie	Faza de lumină și întuneric (inclusiv ciclul Calvin)	Oxidare incompletă (glicoliză) și oxidare completă (inclusiv ciclul Krebs)
Locația procesului	Cloroplaste	Hialoplasma (oxidare incompletă) și mitocondriile (oxidare completă)

Informațiile genetice din toate organismele sunt stocate sub forma unei secvențe specifice de nucleotide ADN (sau ARN în virusurile ARN). Procariotele conțin informații genetice sub forma unei singure molecule de ADN. În celulele eucariote, materialul genetic este distribuit în mai multe molecule de ADN organizate în cromozomi.
ADN-ul este format din regiuni codificante și necodante. Regiunile de codificare codifică ARN. Regiunile necodante ale ADN-ului funcționează structural funcția, permițând ambalarea unor secțiuni de material genetic într-un anumit mod sau de reglementare funcţionează prin participarea la includerea genelor care direcţionează sinteza proteinelor.
Regiunile codificatoare ale ADN-ului sunt gene. Gene - o secțiune a unei molecule de ADN care codifică sinteza unui ARNm (și, în consecință, a unei polipeptide), ARNr sau ARNt.
Se numește regiunea cromozomului în care se află gena locus . Setul de gene din nucleul celulei este genotip , un set de gene ale unui set haploid de cromozomi - genomului , un set de gene ADN extranucleare (mitocondrii, plastide, citoplasmă) - plasmon .
Se numește implementarea informațiilor înregistrate în gene prin sinteza proteinelor expresie (manifestarea) genelor. Informația genetică este stocată ca o secvență specifică de nucleotide ADN și este implementată ca o secvență de aminoacizi într-o proteină. ARN-ul acționează ca intermediari și purtători de informații. Adică, implementarea informațiilor genetice are loc după cum urmează:
ADN → ARN → proteină.
Acest proces se realizează în două etape:
1) transcriere;
2) difuzat.

Transcriere(din lat. transcrierea- rescriere) - sinteza ARN folosind ca matriță ADN-ul. Ca rezultat, se formează ARNm, ARNt și ARNr. Procesul de transcripție necesită multă energie sub formă de ATP și este realizat de enzima ARN polimeraza.

În același timp, nu este transcrisă întreaga moleculă de ADN, ci doar segmentele sale individuale. Un astfel de segment ( transcriere) începe promotor- o secțiune de ADN unde se atașează ARN polimeraza și unde începe și se termină transcripția terminator- o secțiune de ADN care conține un semnal pentru încheierea transcripției. Transcriptonul este o genă din punctul de vedere al biologiei moleculare.
Transcripția, ca și replicarea, se bazează pe capacitatea bazelor azotate ale nucleotidelor de a se lega complementar. În timpul transcripției, catena dublă de ADN este ruptă, iar sinteza ARN-ului se realizează de-a lungul unei catene de ADN.

În timpul procesului de transcripție, secvența de nucleotide ADN este copiată pe molecula de ARNm sintetizată, care acționează ca un șablon în procesul de biosinteză a proteinelor.
Genele procariote constau numai din secvențe de nucleotide codificante.

Genele eucariote constau în codificare alternativă ( exonii) și necodificare ( intronii) parcele.

După transcripție, porțiuni de ARNm corespunzătoare intronilor sunt îndepărtate în timpul îmbinării, care este o parte integrantă a procesării.

Prelucrare- procesul de formare a ARNm matur din pre-ARNm precursorul său. Include două evenimente principale. 1. Atașarea secvențelor scurte de nucleotide la capetele ARNm, indicând începutul și sfârșitul translației. 2. Îmbinare- îndepărtarea secvențelor de ARNm neinformative corespunzătoare intronilor de ADN. Ca rezultat al îmbinării, greutatea moleculară a ARNm scade de 10 ori.
Difuzare(din lat. traducere- traducere) - sinteza unui lanț polipeptidic folosind ARNm ca șablon.

Toate cele trei tipuri de ARN sunt implicate în traducere: ARNm este matricea informațională; ARNt-urile furnizează aminoacizi și recunosc codoni; ARNr împreună cu proteinele formează ribozomi, care dețin ARNm, ARNt și proteine ​​și realizează sinteza lanțului polipeptidic.

Etape de difuzare

Etapă	Tip
Iniţiere	Asamblarea complexului implicat în sinteza lanțului polipeptidic. Subunitatea ribozomală mică se leagă de inițiatorul met-t ARN, iar apoi cu m rn k, după care are loc formarea unui ribozom întreg, format din subparticule mici și mari.
Elongaţie	Alungirea lanțului polipeptidic. Ribozomul se deplasează de-a lungul ARN, care este însoțită de multiple repetări ale ciclului de adăugare a următorului aminoacid la lanțul polipeptidic în creștere.
Încetarea	Finalizarea sintezei moleculei polipeptidice. Ribozomul ajunge la unul dintre cei trei codoni stop m ARN, iar din moment ce t nu există ARN cu anticodoni complementari codonilor stop, sinteza lanțului polipeptidic se oprește. Este eliberat și separat de ribozom. Subparticulele ribozomale se disociază, se separă de ARNm și pot lua parte la sinteza următorului lanț polipeptidic.

Reacții de sinteză șablon

• autoduplicarea ADN-ului (replicare);
• formarea ARNm, ARNt și ARNr pe o moleculă de ADN (transcripție);
• biosinteza proteinelor în ARNm (traducere).

Ceea ce toate aceste reacții au în comun este că o moleculă de ADN într-un caz sau o moleculă de ARNm într-un altul acționează ca o matrice pe care se formează molecule identice. Reacțiile de sinteză a matricei stau la baza capacității organismelor vii de a reproduce propriul lor fel.
Reglarea expresiei genelor. Corpul unui organism multicelular este format dintr-o varietate de tipuri de celule. Ele diferă ca structură și funcție, adică sunt diferențiate. Diferențele se manifestă prin faptul că, pe lângă proteinele necesare oricărei celule a organismului, celulele de fiecare tip sintetizează și proteine ​​specializate: cheratina se formează în epidermă, hemoglobina se formează în eritrocite etc. Diferențierea celulară este cauzată de o modificare a setului de gene exprimate și nu este însoțită de modificări ireversibile ale structurii secvențelor ADN în sine.

Diviziunea celulară

Set de cromozomi

Set de cromozomi - un set de cromozomi continuti in nucleu. În funcție de setul de cromozomi, celulele sunt somatice și sexuale.

Celulele somatice și germinale

Ciclul celular

Ciclul celular (ciclul de viață al celulei) - existența unei celule din momentul originii sale ca urmare a diviziunii celulei mamă până la propria diviziune sau moarte. Durata ciclului celular depinde de tipul celulei, de starea ei funcțională și de condițiile de mediu. Ciclul celular include un ciclu mitotic și o perioadă de repaus.

ÎN perioada de repaus (G 0) celula își îndeplinește funcțiile inerente și își alege soarta viitoare - moare sau revine la ciclul mitotic. În celulele cu reproducere continuă, ciclul celular coincide cu ciclul mitotic și nu există perioadă de odihnă.
Ciclul mitotic este format din patru perioade: presintetice (postmitotice) - G 1, sintetice - S, postsintetice (premitotice) - G 2, mitoze - M. Primele trei perioade sunt pregătirea celulei pentru diviziune ( interfaza), a patra perioadă este diviziunea în sine (mitoza).

Interfaza - pregătirea celulei pentru diviziune.

Perioadele de interfaza

Diviziunea celulară eucariotă

Baza reproducerii și dezvoltării individuale a organismelor este diviziunea celulară.
Celulele eucariote au trei moduri de divizare:

• amitoză (diviziune directă),
• mitoză (diviziune indirectă),
• meioza (diviziunea de reducere).

Amitoza- o metodă rară de diviziune celulară, caracteristică îmbătrânirii sau celulelor tumorale. În amitoză, nucleul este divizat prin constricție și nu este asigurată distribuția uniformă a materialului ereditar. După amitoză, celula nu este capabilă să intre în diviziune mitotică.

Mitoză- un tip de diviziune celulară în care celulele fiice primesc material genetic identic cu cel conținut în celula mamă. Ca urmare a mitozei, o celulă diploidă produce două celule diploide, identice genetic cu cea mamă.

Fazele mitozei

faze	Numărul de cromozomi și cromatide	Procese
Profaza	2n4c	Cromozomii spiralați, centriolii (în celulele animale) diverg către polii celulei, membrana nucleară se dezintegrează, nucleolii dispar și începe să se formeze un fus.
Metafaza	2n4c	Cromozomii, formați din două cromatide, sunt atașați prin lor centromerii(constricții primare) la filamentele fusului. Mai mult, toate sunt situate în planul ecuatorial. Această structură se numește placa metafazica.
Anafaza	2n2c	Centromerii se divid, iar filamentele fusului întind cromatidele separate unele de altele până la poli opuși. Acum se numesc cromatide separate cromozomi fiice.
Telofază	2n2c	Cromozomii fiice ajung la polii celulari, despirați, filamentele fusului sunt distruse, se formează o membrană nucleară în jurul cromozomilor, iar nucleolii sunt restaurați. Cele două nuclee formate sunt identice genetic. Aceasta este urmată de citokineza(diviziunea citoplasmatică), care are ca rezultat formarea a două celule fiice. Organelele sunt distribuite mai mult sau mai puțin uniform între ele.

Semnificația biologică a mitozei:

• se realizează stabilitatea genetică;
• numărul de celule din organism crește;
• corpul crește;
• Fenomenele de regenerare și reproducere asexuată sunt posibile la unele organisme.

Meioză

Meioză- un tip de diviziune celulară însoțită de o reducere a numărului de cromozomi. Ca urmare a meiozei, o celulă diploidă produce patru celule haploide, diferite genetic de cea maternă. În timpul meiozei au loc două diviziuni celulare (prima și a doua diviziune meiotică), iar dublarea numărului de cromozomi are loc numai înainte de prima diviziune.

Fazele meiozei

faze	Numărul de cromozomi și cromatide	Procese
Profaza I	2n4c	Au loc procese asemănătoare cu cele de profaza mitozei. În plus, cromozomii omologi, reprezentați de două cromatide, se apropie și se „lipesc” unul cu celălalt. Acest proces se numește conjugare. În acest caz, are loc un schimb de secțiuni de cromozomi omologi - trecând peste(încrucișarea cromozomilor), adică schimbul de informații ereditare. După conjugare, cromozomii omologi sunt separați unul de celălalt.
Metafaza I	2n4c	Au loc procese asemănătoare cu cele ale metafazei mitozei.
Anafaza I	1n2c	Spre deosebire de anafaza mitozei, centromerii nu se divid și nici o cromatidă din fiecare cromozom se deplasează către polii celulei, ci un cromozom, format din două cromatide și ținut împreună de un centromer comun.
Telofaza I	1n2c	Se formează două celule cu un set haploid.
Interfaza	1n2c	Scurt. Replicarea (dublarea) ADN-ului nu are loc și, prin urmare, diploiditatea nu este restabilită.
Profaza II	1n2c
Metafaza II	1n2c	Similar proceselor din timpul mitozei.
Anafaza II	1n1c	Similar proceselor din timpul mitozei.
Telofaza II	1n1c	Similar proceselor din timpul mitozei.

Semnificația biologică a meiozei:

• baza reproducerii sexuale;
• baza variabilitatii combinative.

Diviziunea celulară procariotă

Procariotele nu au mitoză sau meioză. Bacteriile se reproduc asexuat - diviziunea celulară folosind constricții sau partiții, mai rar înmugurire. Aceste procese sunt precedate de dublarea moleculei circulare de ADN.
În plus, bacteriile sunt caracterizate printr-un proces sexual - conjugare. În timpul conjugării printr-un canal special format între două celule, un fragment de ADN al unei celule este transferat către o altă celulă, adică informațiile ereditare conținute în ADN-ul ambelor celule se modifică. Deoarece numărul de bacterii nu crește, pentru corectitudine se folosește conceptul de „proces sexual”, dar nu „reproducție sexuală”.

1. sinteza ATP
2. efectul luminii asupra clorofilei
3. consumul de ATP în reacțiile de sinteză a glucozei din CO2 și H2O
4. transferul de electroni de către plastochinone pe suprafața exterioară a tilacoizilor
5. fotoliza apei
6. acumularea de protoni H+ pe suprafața interioară a tilacoizilor
7. alunecarea protonului prin canalul ATP sintetazei
8. reducerea Mn prin enzime de fotoliză la starea de oxidare +7

Ordinea etapelor de reproducere virală (în ordine cronologică).

1. stadiul de adsorbție
2. etapa de asamblare (auto-organizare) a particulelor virale
3. etapa de injectare
4. replicarea moleculelor de acid nucleic viral
5. stadiul de liză
6. sinteza proteinelor și enzimelor specifice virusului

Secvența elementelor chimice în funcție de concentrația lor în celulă (ordine descrescătoare).

1. aur
2. carbon
3. potasiu
4. fier
5. argint

Secvența elementelor chimice în funcție de concentrația lor în celulă (ascendente).

1. carbon
2. magneziu

O secvență care reflectă structura citolemei celulare de la stratul exterior la stratul interior (în ordine cronologică).

1. zona hidrofobă a lipidelor
2. molecule de proteine
3. polizaharidele glicocalice
4. zona hidrofilă a moleculelor de lipide

O secvență care reflectă structura mitocondriei de la stratul exterior la cel interior (în ordine cronologică).

1. matrice
2. membrana exterioară
3. corpuri de ciuperci
4. spațiu intermembranar
5. membrana interioara
6. pliul membranei interioare

Secvența proceselor în timpul pinocitozei (în ordine cronologică).

1. desprinderea veziculei pinocitotice de citolemă
2. intrarea moleculelor externe la receptorii glicocalix
3. transportul moleculelor atașate din exterior către zonele citoplasmei
4. invaginarea citolemei cu molecule atasate
5. apropiind marginile invaginării și închizându-le

Secvența de legături din lanțul de flux de energie într-o celulă heterotrofă (în ordine crescătoare).

1. energie solară
2. diverse forme de muncă
3. heterotrofi
4. autotrofi
5. materie organică

12. Secvența reacțiilor fazei luminoase a fotosintezei (în ordine cronologică).

1. abstracția unui electron dintr-o moleculă de clorofilă și transferul acestuia de către o moleculă purtătoare către membrana exterioară a cloroplastelor

2. iluminarea cloroplastelor de către lumina solară

3. excitarea unei molecule de clorofilă sub acţiunea unui foton

4. apariția unei diferențe de potențial între cele două suprafețe ale membranei cloroplastice datorită concentrației de electroni și protoni pe acestea

5. descompunerea moleculelor de apă în oxigen și un proton încărcat pozitiv

13. Succesiunea etapelor metabolismului energetic.

1. oxidarea acidului piruvic la dioxid de carbon și apă
2. sinteza a 36 de molecule de ATP
3. intrarea substanțelor organice în celulă
4. descompunerea glucozei în acid piruvic
5. scindarea biopolimerilor în monomeri
6. sinteza a două molecule de ATP

14. Succesiunea fenomenelor și proceselor care au loc în procesul de sinteză a proteinelor (în ordine cronologică).

1. unirea a două molecule de ARNt cu aminoacizi la ARNm
2. adăugarea unui aminoacid la ARNt
3. sinteza ARNm pe un model de ADN
4. deplasarea ARNm de la nucleu la ribozom
5. interacțiunea aminoacizilor atașați la ARNm, formarea unei legături peptidice
6. stringerea ribozomilor pe ARNm
7. livrarea de aminoacizi la ribozom

15. Secvența replicării ADN-ului (în ordine cronologică).

1. legarea proteinelor destabilizatoare de catenele de ADN
2. îndepărtarea primerului ARN
3. distrugerea legăturilor de hidrogen dintre bazele azotate
4. completarea capetelor 3’ ale moleculelor de ADN liniar
5. formarea primerului ARN
6. formarea catenelor fiice de ADN

Secvența etapelor ciclului de viață celular (în ordine cronologică).

1. perioada sintetică (S)
2. mitoză
3. perioada presintetică (G 1)
4. perioada premitotică (G 2)

17. Succesiunea fenomenelor și proceselor care au loc în pregătirea și în timpul mitozei (în ordine cronologică).

1. despiralizarea cromozomilor
2. atașarea cromozomilor la firele fusului
3. dublarea ADN-ului celular
4. formarea nucleelor ​​de interfaza a celulelor fiice
5. spiralizarea cromozomilor
6. divergența cromatidelor fiice către polii celulari

Secvența proceselor în metafaza mitozei (în ordine cronologică).

1. finalizarea mișcării cromozomilor către fus
2. finalizarea procesului de separare a cromatidelor surori unele de altele
3. alinierea cromozomilor în planul ecuatorial al fusului
4. atașarea cinetocorilor centriol la filamentele aparatului mitotic
5. formarea unei plăci metafazate de cromozomi (așa-numita stea-mamă)

1) furnizarea tuturor viețuitoarelor cu substanțe organice

2) scindarea biopolimerilor în monomeri

3) oxidarea substanțelor organice în dioxid de carbon și apă

4) conversia energiei solare

5) îmbogățirea atmosferei cu oxigenul necesar respirației

6) îmbogățirea solului cu săruri de azot

1) conversia energiei solare în energie ATP

2) formarea de electroni excitați ai clorofilei

3) fixarea dioxidului de carbon

4) formarea amidonului

5) conversia energiei ATP în energie glucoză

Sursa de hidrogen pentru reducerea dioxidului de carbon în timpul fotosintezei este

1) acid clorhidric 2) acid carbonic 3) apă 4) glucide glucoză

În procesul de chimiosinteză, spre deosebire de fotosinteză,

1) substanțele organice se formează din cele anorganice

2) se foloseşte energia de oxidare a substanţelor anorganice

3) substanțele organice se descompun în anorganice

4) dioxidul de carbon este sursa de carbon

Stabiliți succesiunea proceselor care au loc în timpul fotosintezei.

1) excitarea electronilor clorofilei 2) sinteza ATP

3) fixarea CO2 4) absorbția cuantelor de lumină de către moleculele de clorofilă

Faza de lumină a fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a sintetiza molecule.

1) lipide 2) proteine ​​3) acizi nucleici 4) ATP

Când este expus la energia de la lumina soarelui, un electron se ridică la un nivel de energie mai ridicat în moleculă

1) proteine ​​2) glucoză 3) clorofilă 4) dioxid de carbon

În timpul procesului de fotosinteză are loc

1) sinteza carbohidraților și eliberarea de oxigen 2) evaporarea apei și absorbția oxigenului

3) schimbul de gaze și sinteza lipidelor 4) eliberarea de dioxid de carbon și sinteza proteinelor

Algele roșii (alge violete) trăiesc la adâncimi mari. În ciuda acestui fapt, fotosinteza are loc în celulele lor. Explicați cum are loc fotosinteza dacă coloana de apă absoarbe razele din partea roșu-portocalie a spectrului.

În faza întunecată a fotosintezei, spre deosebire de faza de lumină,

1) fotoliza apei 2) reducerea dioxidului de carbon la glucoză

3) sinteza moleculelor de ATP folosind energia luminii solare 4) combinarea hidrogenului cu transportorul NADP+

5) utilizarea energiei moleculelor de ATP pentru sinteza carbohidraților 6) formarea moleculelor de amidon din glucoză

Într-o moleculă de clorofilă, un electron se deplasează la un nivel de energie mai înalt sub influența energiei

1) cuante de lumină 2) molecule de AMP 3) fotoliza apei 4) molecule de ATP

Enzimele implicate în procesul de fotosinteză sunt încorporate în membrane

1) mitocondrii 2) reticul endoplasmatic 3) lizozomi 4) granule de cloroplaste

Hidrogenul atomic este eliberat în timpul fotosintezei datorită divizării moleculelor

1) apă 2) glucoză 3) grăsimi 4) proteine

Stabiliți o corespondență între caracteristica procesului și tipul acestuia.

CARACTERISTICA PROCES TIP DE PROCES

A) apare în cloroplaste 1) fotosinteza

B) constă din faze luminoase și întunecate 2) glicoliză

C) se formează acid piruvic

D) apare în citoplasmă

D) produsul final este glucoza

E) descompunerea glucozei

Procesul de fotosinteză are loc intens în frunzele plantelor. Apare în fructele coapte și necoapte? Explicați-vă răspunsul.

În celulele vegetale, spre deosebire de celulele animale, există

1) chimiosinteză 2) fagocitoză 3) fotosinteză 4) pinocitoză

Particularitățile metabolismului la plante în comparație cu animalele sunt că ceea ce se întâmplă în celulele lor

1) chimiosinteza 2) metabolismul energetic 3) fotosinteza 4) biosinteza proteinelor

Fotosinteza poate avea loc în celulele vegetale care conțin

1) pereții celulari 2) cromozomi 3) cloroplaste 4) citoplasmă

Fotoliza apei este inițiată în timpul fotosintezei prin energie

1) solar 2) ATP 3) termic 4) mecanic

Urmăriți calea hidrogenului în fazele de lumină și întuneric ale fotosintezei din momentul formării acestuia până la sinteza glucozei.

Energia electronilor moleculei este folosită pentru a forma molecule de ATP în timpul fotosintezei.

1) NADP+ 2) glucoză 3) clorofilă 4) apă

Fotosinteza, spre deosebire de biosinteza proteinelor, are loc în celule

1) orice organism 2) care conține cloroplaste

Stabiliți succesiunea corectă a proceselor de fotosinteză.

1) stimularea clorofilei 2) sinteza glucozei

3) conectarea electronilor cu NADP + și H + 4) fixarea dioxidului de carbon

5) fotoliza apei

Ce proces nu are loc în timpul fazei de lumină a fotosintezei?

1) sinteza ATP 2) sinteza NADPH 2 3) fotoliza apei 4) sinteza glucozei

Stabiliți o corespondență între caracteristica și procesul de viață al plantei căreia îi este atribuită.

CARACTERISTICI PROCESUL DE VIAȚĂ

A) se sintetizează glucoza 1) fotosinteza

B) substanțele organice se oxidează 2) respirația

B) se eliberează oxigen

D) se formează dioxid de carbon

D) apare în mitocondrii

E) însoțită de absorbție de energie

Moleculele de oxigen în timpul fotosintezei se formează din cauza descompunerii moleculelor

1) glucoză 2) apă 3) ATP 4) dioxid de carbon

Cum se transformă energia luminii solare în fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei în energia legăturilor chimice ale glucozei? Explicați-vă răspunsul.

În sinteza ce substanță participă atomii de hidrogen în faza întunecată a fotosintezei?

1) ATP 2) NADP 2H 3) glucoză 4) apă

În timpul procesului de fotosinteză, plantele

1) se asigură cu substanțe organice

2) oxidează substanțele organice complexe la cele simple

3) absorb oxigenul și eliberează dioxid de carbon

4) consumă energia substanțelor organice

Tranziția electronilor la un nivel de energie mai ridicat are loc în faza luminoasă a fotosintezei în molecule

1) clorofilă 2) apă 3) dioxid de carbon 4) glucoză

- sinteza substanțelor organice din dioxid de carbon și apă cu utilizarea obligatorie a energiei luminoase:

6CO 2 + 6H 2 O + Q lumină → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

La plantele superioare, organul fotosintezei este frunza, iar organelele fotosintezei sunt cloroplastele (structura cloroplastelor - prelegerea nr. 7). Membranele tilacoidelor cloroplastice conțin pigmenți fotosintetici: clorofile și carotenoizi. Există mai multe tipuri diferite de clorofilă ( a, b, c, d), principala este clorofila o. În molecula de clorofilă, se poate distinge un „cap” de porfirină cu un atom de magneziu în centru și o „coadă” de fitol. „Capul” de porfirina este o structură plată, este hidrofilă și, prin urmare, se află pe suprafața membranei care se confruntă cu mediul apos al stromei. „Coada” fitolului este hidrofobă și datorită acestui fapt reține molecula de clorofilă în membrană.

Clorofilele absorb lumina roșie și albastru-violet, reflectă lumina verde și, prin urmare, conferă plantelor culoarea verde caracteristică. Moleculele de clorofilă din membranele tilacoide sunt organizate în fotosisteme. Plantele și algele albastre-verzi au fotosistemul-1 și fotosistemul-2, în timp ce bacteriile fotosintetice au fotosistemul-1. Numai fotosistemul-2 poate descompune apa pentru a elibera oxigen și a prelua electroni din hidrogenul apei.

Fotosinteza este un proces complex în mai multe etape; reacțiile de fotosinteză se împart în două grupe: reacții faza luminoasași reacții faza intunecata.

Faza de lumină

Această fază are loc numai în prezența luminii în membranele tilacoide cu participarea clorofilei, a proteinelor de transport de electroni și a enzimei ATP sintetaza. Sub influența unui cuantum de lumină, electronii clorofilei sunt excitați, părăsesc molecula și intră în partea exterioară a membranei tilacoide, care în cele din urmă devine încărcată negativ. Moleculele de clorofilă oxidate sunt reduse, preluând electroni din apa aflată în spațiul intratilacoid. Aceasta duce la descompunerea sau fotoliza apei:

H 2 O + Q lumină → H + + OH - .

Ionii hidroxil renunță la electroni, devenind radicali reactivi.OH:

OH - → .OH + e - .

Radicalii OH se combină pentru a forma apă și oxigen liber:

4NR. → 2H2O + O2.

În acest caz, oxigenul este îndepărtat în mediul extern, iar protonii se acumulează în interiorul tilacoidului în „rezervorul de protoni”. Ca urmare, membrana tilacoidă, pe de o parte, este încărcată pozitiv datorită H +, iar pe de altă parte, datorită electronilor, este încărcată negativ. Când diferența de potențial dintre părțile exterioare și interioare ale membranei tilacoide atinge 200 mV, protonii sunt împinși prin canalele ATP sintetazei și ADP este fosforilat în ATP; Hidrogenul atomic este utilizat pentru a restabili purtătorul specific NADP + (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) la NADPH 2:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Astfel, în faza de lumină are loc fotoliza apei, care este însoțită de trei procese importante: 1) sinteza ATP; 2) formarea NADPH 2; 3) formarea oxigenului. Oxigenul difuzează în atmosferă, ATP și NADPH 2 sunt transportate în stroma cloroplastei și participă la procesele fazei întunecate.

1 - stroma cloroplastică; 2 - tilacoid grana.

Faza intunecata

Această fază are loc în stroma cloroplastului. Reacțiile sale nu necesită energie luminoasă, așa că apar nu numai în lumină, ci și în întuneric. Reacțiile în fază întunecată sunt un lanț de transformări succesive ale dioxidului de carbon (venit din aer), care duc la formarea glucozei și a altor substanțe organice.

Prima reacție din acest lanț este fixarea dioxidului de carbon; Acceptorul de dioxid de carbon este un zahăr cu cinci atomi de carbon. ribuloză bifosfat(RiBF); enzima catalizează reacția Ribulozobifosfat carboxilază(RiBP carboxilază). Ca urmare a carboxilării ribulozei bifosfat, se formează un compus instabil cu șase atomi de carbon, care se descompune imediat în două molecule. acid fosfogliceric(FGK). Apoi are loc un ciclu de reacții în care acidul fosfogliceric este transformat în glucoză printr-o serie de intermediari. Aceste reacții folosesc energia ATP și NADPH 2 formată în faza luminoasă; Ciclul acestor reacții se numește „ciclul Calvin”:

6CO2 + 24H + + ATP → C6H12O6 + 6H2O.

Pe lângă glucoză, în timpul fotosintezei se formează și alți monomeri ai compușilor organici complecși - aminoacizi, glicerol și acizi grași, nucleotide. În prezent, există două tipuri de fotosinteză: C 3 - și C 4 fotosinteză.

C 3-fotosinteză

Acesta este un tip de fotosinteză în care primul produs sunt compuși cu trei atomi de carbon (C3). Fotosinteza C 3 a fost descoperită înainte de fotosinteza C 4 (M. Calvin). Este vorba despre fotosinteza C 3 care este descrisă mai sus, la rubrica „Fază întunecată”. Trăsături caracteristice ale fotosintezei C 3: 1) acceptorul de dioxid de carbon este RiBP, 2) reacția de carboxilare a RiBP este catalizată de RiBP carboxilază, 3) ca urmare a carboxilării RiBP, se formează un compus cu șase atomi de carbon, care se descompune în două PGA-uri. FGK este restaurat la trioză fosfați(TF). O parte din TF este folosită pentru regenerarea RiBP, iar o parte este transformată în glucoză.

1 - cloroplast; 2 - peroxizom; 3 - mitocondriile.

Aceasta este o absorbție dependentă de lumină a oxigenului și eliberarea de dioxid de carbon. La începutul secolului trecut, s-a stabilit că oxigenul suprimă fotosinteza. După cum sa dovedit, pentru RiBP carboxilază substratul poate fi nu numai dioxid de carbon, ci și oxigen:

O 2 + RiBP → fosfoglicolat (2C) + PGA (3C).

Enzima se numește RiBP oxigenază. Oxigenul este un inhibitor competitiv al fixării dioxidului de carbon. Gruparea fosfat este separată și fosfoglicolatul devine glicolat, pe care planta trebuie să-l folosească. Intră în peroxizomi, unde este oxidat în glicină. Glicina intră în mitocondrii, unde este oxidată la serină, cu pierderea carbonului deja fixat sub formă de CO 2 . Ca rezultat, două molecule de glicolat (2C + 2C) sunt transformate într-un singur PGA (3C) și CO2. Fotorespirația duce la o scădere a randamentului plantelor C3 cu 30-40% ( Cu 3 plante- plante caracterizate prin fotosinteză C 3).

Fotosinteza C 4 este fotosinteza în care primul produs sunt compuși cu patru atomi de carbon (C 4). În 1965, s-a constatat că la unele plante (trestie de zahăr, porumb, sorg, mei) primii produse ale fotosintezei sunt acizii cu patru atomi de carbon. Aceste plante au fost numite Cu 4 plante. În 1966, oamenii de știință australieni Hatch și Slack au arătat că plantele C4 nu au practic fotorespirație și absorb dioxidul de carbon mult mai eficient. Calea transformărilor carbonului în plantele C 4 a început să fie numită de Hatch-Slack.

Plantele C 4 se caracterizează printr-o structură anatomică specială a frunzei. Toate fasciculele vasculare sunt înconjurate de un strat dublu de celule: stratul exterior este celule mezofile, stratul interior este celule de teacă. Dioxidul de carbon este fixat în citoplasma celulelor mezofile, acceptorul este fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), ca urmare a carboxilării PEP, se formează oxalacetat (4C). Procesul este catalizat PEP carboxilază. Spre deosebire de carboxilaza RiBP, carboxilaza PEP are o afinitate mai mare pentru CO2 și, cel mai important, nu interacționează cu O2. Cloroplastele mezofile au multe granule în care au loc activ reacții de fază ușoară. Reacțiile în fază întunecată apar în cloroplastele celulelor învelișului.

Oxaloacetatul (4C) este transformat în malat, care este transportat prin plasmodesme în celulele tecii. Aici este decarboxilat și dehidrogenat pentru a forma piruvat, CO2 și NADPH2.

Piruvatul revine în celulele mezofile și este regenerat folosind energia ATP din PEP. CO2 este din nou fixat de RiBP carboxilază pentru a forma PGA. Regenerarea PEP necesită energie ATP, deci necesită aproape de două ori mai multă energie decât fotosinteza C3.

Sensul fotosintezei

Datorită fotosintezei, miliarde de tone de dioxid de carbon sunt absorbite din atmosferă în fiecare an și sunt eliberate miliarde de tone de oxigen; fotosinteza este principala sursă de formare a substanțelor organice. Oxigenul formează stratul de ozon, care protejează organismele vii de radiațiile ultraviolete cu unde scurte.

În timpul fotosintezei, o frunză verde folosește doar aproximativ 1% din energia solară care cade pe ea, productivitatea este de aproximativ 1 g de materie organică pe 1 m2 de suprafață pe oră.

Chemosinteza

Sinteza compușilor organici din dioxid de carbon și apă, realizată nu datorită energiei luminii, ci datorită energiei de oxidare a substanțelor anorganice, se numește chimiosinteză. Organismele chemosintetice includ unele tipuri de bacterii.

Bacteriile nitrificatoare amoniacul este oxidat la azot și apoi la acid azotic (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Bacteriile de fier transformă fierul feros în fier oxid (Fe 2+ → Fe 3+).

Bacteriile cu sulf oxidează hidrogenul sulfurat la sulf sau acid sulfuric (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Ca urmare a reacțiilor de oxidare a substanțelor anorganice, se eliberează energie, care este stocată de bacterii sub formă de legături ATP de înaltă energie. ATP este utilizat pentru sinteza substanțelor organice, care se desfășoară în mod similar cu reacțiile fazei întunecate a fotosintezei.

Bacteriile chemosintetice contribuie la acumularea de minerale în sol, îmbunătățesc fertilitatea solului, promovează tratarea apelor uzate etc.

Du-te la cursurile nr. 11„Conceptul de metabolism. Biosinteza proteinelor"

Du-te la cursurile nr. 13„Metode de diviziune a celulelor eucariote: mitoză, meioză, amitoză”