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

Кто из нас не помнит определение «фотосинтез» из уроков ботаники в школе? «Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов». Зная назубок это лаконичное определение, мало кто из нас задавался вопросом, а что же оно скрывает за собой?

По-существу, фотосинтез - это химическая реакция, в результате которой шесть молекул СО2 соединяются с шестью молекулами воды и формируется одна молекула глюкозы - строительный кирпичик нашего органического вещества. Образующийся в ходе фотосинтеза молекулярный кислород является всего лишь побочным продуктом. Однако этот самый «побочный продукт» является одним из основных источников атмосферного кислорода, столь необходимого для высших организмов.

Казалось бы, все очень просто: клетка фотосинтезирующего организма является своего рода «колбочкой» для химической реакции двух компонентов. Но на поверку механизм реакции оказывается куда более сложным. Оказывается, процесс состоит из двух реакций: «световой» и «темновой». Первая связана с расщеплением молекулы воды на водород и кислород при помощи энергии света. Солнечный свет поглощается специальным светопоглощающим пигментом клетки хлорофиллом (окрашен в зеленый цвет). Далее происходит перевод энергии в молекулы АТФ, которые высвобождают полученную энергию на второй стадии фотосинтеза - «темновой» реакции. «Темновая» реакция является непосредственно реакцией между углекислым газом и водородом с образованием глюкозы.

Фотосинтез могут осуществлять растения, водоросли и некоторые виды микроорганизмов. Благодаря их жизнедеятельности, становится возможным существование, например, животных, питание которых состоит из органических веществ. Но является ли фотосинтез единственной формой перевода углекислого газа в органическое вещество? Нет. Оказывается, природой предусмотрен и другой, альтернативный, путь образования органических веществ из СО2 - хемосинтез .

Отличием хемосинтеза от фотосинтеза является отсутствие «световой» реакции. В качестве источника энергии, клетки хемосинтезирующих организмов используют энергию не солнечного света, а энергию химических реакций. Каких именно? Реакции окисления водорода, окиси углерода, восстановления серы, железа, аммиака, нитрита, сурьмы.

Конечно, каждый хемосинтезирующий организм использует свою собственную химическую реакцию как источник энергии. Например, водородные бактерии окисляют водород, нитрифицирующие бактерии переводят аммиак в нитратную форму и т.д. Однако все они накапливают энергию, высвобождающуюся в процессе химической реакции, в виде молекул АТФ. Далее процесс протекает по типу реакций темновой стадии фотосинтеза.
Способностью к хемосинтезу обладают только некоторые виды бактерий. Роль их в природе колоссальна. Они не «производят» атмосферный кислород, не накапливают больших количеств органического вещества. Однако химические реакции, которые они используют в ходе своей жизнедеятельности, играют ключевую роль в биогеохимии, обеспечивая, в том числе, круговорот азота, серы и других элементов в природе.

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

В нашей статье мы рассмотрим, у каких организмов происходит хемосинтез. Это один из способов питания живых организмов, который встречается в природе у некоторых бактерий.

Способы питания организмов

Чтобы разобраться, что такое хемосинтез, необходимо сначала вспомнить, какие способы питания используют различные организмы. По данному признаку различают две группы существ: гетеро- и автотрофы. Первые способны питаться только готовыми органическими веществами. Белки, жиры и углеводы они поглощают и преобразуют с помощью специализированных вакуолей или органов пищеварительной системы. Гетеротрофами являются животные, грибы, некоторые бактерии.

Виды автотрофов

Сами синтезируют органические вещества, которые в дальнейшем используют для осуществления различных процессов жизнедеятельности. В зависимости от источника энергии, который при этом используется, различают еще две группы организмов. Это фото- и хемотрофы. Представителями первой из них являются растения. Они синтезируют углевод в глюкозу в ходе фотосинтеза. Этот процесс происходит только в зеленых пластидах хлоропластах при наличии солнечного света, воды и углекислого газа. Хемотрофами являются некоторые бактерии. Для синтеза органики им необходимы различные химические соединения, которые они окисляют. Сходства фотосинтеза и хемосинтеза заключаются в способности организмов самостоятельно образовывать необходимые им вещества, получая из окружающей среды углерод, воду и минеральные соли.

Хемосинтез: определение понятия и история открытия

Давайте разберемся подробнее. Что такое один из способов автотрофного питания, при котором происходит процесс окисления минеральных соединений для синтеза органических. Теперь выясним, у каких организмов происходит хемосинтез. Такой уникальной способностью в природе обладают только некоторые виды прокариот. Этот процесс был открыт в конце 19 века русским микробиологом Сергеем Николаевичем Виноградским. Работая в страсбургской лаборатории Антона де Бари, он осуществил опыт по получению энергии за счет окисления серы. Организмы, которые способны осуществлять этот химический процесс, он назвал аноргоксидантами. В ходе своих исследований ученому удалось открыть и До открытия процесса хемосинтеза к автотрофным организмам относили только фотосинтезирующие растения и сине-зеленые водоросли.

Отличия и сходства фотосинтеза и хемосинтеза

Оба вида автотрофного питания представляют собой пластический обмен, или ассимиляцию. Это значит, что в ходе этих процессов происходит образование органических веществ и газообмен. При этом исходными реагентами являются минеральные соединения. Фото- и хемосинтез являются путями осуществления круговорота веществ в биосфере. Все виды автотрофов обеспечивают необходимыми для жизнедеятельности условиями не только себя, но и другие организмы. К примеру, в ходе фотосинтеза выделяется кислород. Он необходим всему живому для дыхания. А хемотрофные преобразуют атмосферный азот в состояние, в котором он может усваиваться растениями.

Но между данными типами питания есть и ряд отличий. Хемосинтез происходит в которые не содержат зеленого пигмента хлорофилла. Причем для окисления они используют соединения только некоторых веществ: серы, азота, водорода или железа. Особенно важен этот способ питания в тех местах, где солнечный свет недоступен. Так, на большой глубине могут обитать только хемотрофы. Для процесса фотосинтеза обязательным условием является солнечная энергия. Причем у растений данный процесс происходит только в специализированных клетках, содержащих зеленый пигмент хлорофилл. Еще одним обязательным условием фототрофного питания является наличие углекислого газа.

Железобактерии

Что такое хемосинтез, можно рассмотреть на примере бактерий, которые преобразуют Их открытие также принадлежит С. Н. Виноградскому. В природе они широко распространены в пресных и соленых водоемах. Суть их хемосинтеза заключается в изменении валентности железа с двух до трех. При этом выделяется небольшое количество энергии. Поэтому железобактериям приходится осуществлять этот процесс очень интенсивно.

Поскольку бактерии являются одними из самых древних организмов, в результате их жизнедеятельности на планете образовались крупные залежи железных и марганцевых руд. В промышленности данные прокариоты используют для получения чистой меди.

Серобактерии

Данные прокариоты восстанавливают На исследовании именно этих организмов был открыт процесс хемосинтеза. Для окисления этот вид бактерий использует сероводород, сульфиды, сульфаты, политионаты и другие вещества. А некоторые прокариоты этой группы в ходе хемосинтеза накапливают элементарную серу. Это может происходить как в клетках, так и вне их. Эта способность используется в решении проблемы дополнительной аэрации и закисления почв.

Природной средой обитания серобактерий являются пресные и соленые водоемы. Известны случаи образования симбиозов этих организмов с трубчатыми червями и моллюсками, которые обитают в иле и придонной зоне.

Азотфиксирующие бактерии

Важное значение хемосинтеза в природе во многом определяется и деятельностью азотфиксирующих прокариот. Большинство из них обитают на корнях бобовых и злаковых растений. Их сожительство является взаимовыгодным. Растения обеспечивают прокариоты углеводами, которые были синтезированы в ходе фотосинтеза. А бактерии продуцируют азот, необходимый для полноценного развития корневой системы.

До открытия ценных свойств этого вида считалось, что уникальной способностью обладают листья бобовых. Позже выяснилось, что растения непосредственно не участвуют в процессе азотфиксации, а процесс осуществляют бактерии, обитающие в их корнях.

Этот вид прокариот осуществляет два вида химических реакций. В результате первой происходит превращение аммиака в нитраты. Растворы этих веществ поступают в растение с помощью корневой системы. Такие бактерии называются нитрифицирующими. Другая группа подобных прокариот превращает нитраты в газообразный азот. Они называются денитрификаторами. В результате их совокупной деятельности происходит непрерывный круговорот этого химического элемента в природе.

Азотфиксирующие бактерии проникают в корни растений в местах повреждения покровных тканей или через волоски зоны всасывания. Оказавшись внутри, прокариотические клетки начинают активно делиться, вследствие чего образуются многочисленные выпячивания. Они видны невооруженным глазом. Человек использует свойство азотфиксирующих бактерий для обеспечения почвы естественными нитратами, что приводит к повышению урожайности.

Природа и хемосинтез

Роль хемосинтеза в природе сложно переоценить. Процесс окисления неорганических соединений в природе является важной составляющей общего круговорота веществ в биосфере. Относительная независимость хемотрофов от энергии солнечного света делает их единственными обитателями глубоководных впадин и рифтовых зон океана.

Аммиак и сероводород, которые перерабатываются данными прокариотами, являются ядовитыми веществами. В этом случае значение хемосинтеза заключается в нейтрализации данных соединений. В науке известен такой термин, как "подземная биосфера". Ее формируют исключительно организмы, которым для жизни не нужны ни свет, ни кислород. Этим уникальным свойством обладают анаэробные бактерии.

Итак, в статье мы разобрались, что такое хемосинтез. Суть этого процесса заключается в окислении неорганических соединений. Хемосинтезирующими организмами являются некоторые виды прокариот: серо-, железобактерии и азотфиксирующие.

Практическая работа №

Тема: «Сравнение процессов фотосинтеза и хемосинтеза»

Цель: 1) сравнить процессы фотосинтеза и хемосинтеза; 2) выяснить значение фотосинтеза и хемосинтеза для эволюции.

Оборудование и материалы: таблицы и схемы, отражающие суть процессов фотосинтеза и хемосинтеза в клетках автотрофных организмов.

Ход работы:

1. Выявление опорных знаний и умений учащихся, необходимых для проведения работы, повторение основных этапов фотосинтеза, хемосинтеза (по учебникам авторов В.Б. Захарова и Д.К. Беляева «Общая биология 10-11 класс»).

2. Инструктивная беседа об особенностях заполнения сводной таблицы.

Признаки для сравнения

Фотосинтез

Хемосинтез

1. Определение понятия

2. Фазы процесса

3. Источник получения органического вещества

4. Источник получения энергии

5. Основные изменения, происходящие в клетке

6. Конечный продукт

7. Представители (примеры организмов с данным типом питания)

3.Тренировочные упражнения.

1) Определите массу образованного при фотосинтезе кислорода, если при этом процессе синтезировано 45 г глюкозы. Молекулярная масса глюкозы равна 180, молекулярная масса кислорода – 32 (ответ: 8 г).

2) На основании правила экологической пирамиды для приращения консументами второго порядка (например, человеком) массы на 1 кг требуется около 100 кг растительной биомассы. Определите массу усвоенного растениями углекислого газа, если при этом было синтезировано 100 кг растительной биомассы (условно принять массу образованной при фотосинтезе глюкозы за растительную биомассу). Молекулярная масса глюкозы равна 180, молекулярная масса углекислого газа – 44 (ответ: 24,4 кг).

3) За сутки один человек массой 60 кг при дыхании потребляет в среднем 30 л кислорода (из расчета 200 см 3 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 (ответ: 5 деревьев).

5) Проследите и подробно опишите путь следующих превращений:

а) от молекулы СО 2 из воздуха до молекулы крахмала в растительной клетке;

б) от молекулы крахмала в животном, которое съело растение, до молекулы гликогена в животной клетке;

в) от молекулы гликогена в животной клетке до СО 2 и дальше до Н 2 О.

Выводы:

Инф. технологии