Цель: сформировать знания учащихся о биосинтезе углеводов как сложном биологическом процессе.
Задачи: 1. Познакомить учащихся с процессами фотосинтеза, происходящими в световой и темновой фазах;
2. Развивать умения производить опыты, делать выводы о полученном результате; продолжить формирование умений и навыков самостоятельной работы с учебником, умение выделять главное;
3. Воспитывать ответственное отношение к выполнению полученных заданий; показать роль растений и необходимость их охраны.
Оборудование : презентация «Фотосинтез», оборудование для демонстрации опыта, проектор, ноутбук.
ХОД УРОКА:
1. Организационный момент
2. Опрос учащихся
Опрос по карточкам
I вариант
Дайте определения терминов: метаболизм, ассимиляция, диссимиляция, транскрипция, кодон.
II вариант
Дайте определения терминов: анаболизм, пластический обмен, энергетический обмен, трансляция, оперон.
Беседа с классом по вопросам:
Где записана информация о синтезе необходимой белковой молекулы? (на ДНК)
В каком органоиде происходит синтез белка? (в рибосоме)
ДНК находится в ядре и никогда не выходит за его пределы, а рибосомы – в цитоплазме. Как передается информация о том, какую белковую молекулу надо синтезировать? (информацию на рибосому передает иРНК. Она ее списывает с гена ДНК, а тРНК поставляют в рибосомы аминокислоты).
Синтез какого органического вещества осуществляется в хлоропластах? (глюкозы)
Как называется процесс синтеза углеводов в зеленых листьях растений на свету? (фотосинтез)
3. Деловая игра
Учитель: с процессом фотосинтеза вы знакомились в курсе биологии растений в 6 классе. Сегодня мы более глубоко рассмотрим этот процесс. Наш урок будет проведен в форме деловой игры. На нем присутствуют: историк, биограф, биохимик, биолог, лесничий, цитолог, архивариус.
Историк: около 400 лет назад ученый Ян ванн Гельмонт проделал опыт с ивовой веткой. Он взял большой глиняный горшок, в который поместил 80 кг почвы. В эту почву посадил ветку ивы. Поверхность почвы в горшке была тщательно прикрыта, чтобы туда не попала пыль. Поливали ветку только дождевой водой, так она не содержит солей. Через 5 лет ветка превратилась в дерево, которое весило на 65 кг больше, чем перед посадкой. Взвесили почву, откуда ива брала питательные вещества, ее масса уменьшилась всего на 50г. где же ива взяла 64кг 950г, из которых она построила свое тело?
Я. Гельмант решил, что ива увеличила свои размеры за счет дождевой воды, которой ее поливали.
Архивариус . Просматривая старые книги, я нашел интересные записи химика Джозефа Пристли. Он писал: «Я взял некоторое количество воздуха совершенно испорченного дыханием мыши, которая в нем погибла; разделив его на 2 части, я ввел одну в сосуд с водой, в другую же часть его, также заключенную в сосуд с водой, ввел ветку мяты. Это было сделано в начале августа 1771 года. Через 8 – 9 дней я нашел, что мышь прекрасно могла жить в той части воздуха, в которой росла ветка мяты, но моментально погибла в другой части его… В течение 7 дней пребывания в сосуде с испорченным воздухом побег мяты вырос почти на 3 дюйма и, кроме того, на старых ветках образовались несколько новых.»
Учитель. Ни Гельмонт, ни Пристли, не смогли до конца исследовать удивительное явление фотосинтеза. Русский ученный К.А. Тимирязев доказал, что благодаря хлорофиллу растения способны усваивать энергию солнечного света и из воды и углекислого газа образовывать органические вещества.
У Тимирязева есть прекрасное высказывание, которое доказывает великое значение растений: «Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, - он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений».
Биограф. К.А.Тимирязев родился в 1843 году в богатой дворянской семье, но с 15 лет самостоятельно зарабатывал на свое существование, о чем писал: «С пятнадцатилетнего возраста моя левая рука не израсходовала ни одного гроша, которая не заработала бы правая».
Научная работа Тимирязева связана с Петровской земледельческой академией. В настоящее время это учебное заведение называется Сельскохозяйственной академией и носит имя ученого.
В 1898 году один английский ученый физик подсчитал, что на Земле через 500 лет будет израсходован весь кислород, и всему живому грозит гибель. К.Тимирязев в своей статье «Точно ли человеку грозит близкая гибель?» доказал, что такого быть не может благодаря тому, что зеленые листья растений усваивают на свету углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород.
Ученый всю свою жизнь посвятил зеленым листьям растений, которые считал уникальной лабораторией природы, где происходят удивительные превращения неорганических веществ, бедных энергией, в органические, богатые энергией вещества. При этом растение очищает воздух, поглощая из него углекислый газ и выделяя кислород. Источником энергии этого сложного химического процесса является солнце.
Биолог. Перед сегодняшним уроком мною было заложено несколько опытов, результаты которого я вам представлю. Вот это растение герань было поставлено на несколько дней в темный шкаф, после чего на один листок прикреплена с двух сторон полоса черной светонепроницаемой бумаги. Затем это растение поставили на свет. Через 10 – 12 часов листок сорвали, прокипятили в воде, затем в спирте. Спирт окрасился хлорофиллом в зеленый цвет. Лист обесцветился. Капнем на этот лист после промывки в воде слабым раствором йода. На листочке растения осталась желтая полоса в той части, где была черная бумага, края листочка посинели, так как здесь на свету происходил фотосинтез и образовался крахмал, который синеет в присутствии йода. Этим опытом мы доказали, что процесс фотосинтеза происходит только на свету. Вторую герань и стакан с едкой щелочью, которая поглощает углекислый газ, поставили под стеклянный колпак. Края колпака и стекла под ним промазали вазелином, благодаря чему углекислый газ не проникает под колпак. Растение под колпаком поставили на солнечный свет. Через двое суток колпак сняли, срезали листок и провели опыт по определению наличия крахмала в листе как в первом случае. При обработке листа йодом посинения нет – значит, фотосинтез не происходил, крахмал не образовывался. Этим опытом мы доказали, что процесс фотосинтеза происходит только в присутствии углекислого газа.
Цитолог. При рассмотрении листьев растения с помощью светового микроскопа хорошо видны хлоропласты в виде шаровидных образований, их иногда называют «хлорофилловые зерна». Хлоропласты имеют размер 5 – 10 мкм, и при большом увеличении видна их форма двояковыпуклой линзы. Хлоропласты содержат хлорофилл.
Электронный микроскоп дает возможность заглянуть внутрь хлоропласта и выяснить его строение. Снаружи хлоропласт покрыт двойной мембраной, которая отделяет его от цитоплазмы. Эта мембрана обладает избирательной проницаемостью. Внутренний ее слой образует складчатость, которая вдается в полость хлоропласта – строму. Эти складчатые образования внутренней мембраны называются тилакоидами, на них размещается хлорофилл. Тилакоиды могут образовывать связи между собой и скопления в виде стопки книг, которые называются гранами. Число гран в листьях разных растений может варьировать от 40 до 150.
Биохимик. Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс, в котором различают 2 стадии: световая и темновая.
Суммарное уравнение фотосинтеза представляет собой
6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2
Рассмотрим процессы, происходящие в световую фазу. Солнечная энергия поглощается хлорофиллом и переводит его в возбужденное состояние. Электрон молекулы хлорофилла в результате этого занимает более высокий энергетический уровень. Далее этот электрон возвращаясь на свою орбиту, отдает избыточную энергию, которая переходит в тело (около 20 %), другая служит для фосфорилирования адф и атф. Часть энергии передается ионам водорода Н+, который всегда имеет в водном растворе связи с фотолизом (фотоокислением) воды, разложением ее под действием света. Образовавшиеся ионы водорода присоединяются к веществу, способному его транспортировать. Этим веществом является НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Присоединив водород НАДФ превращается в НАДФ-Н. при разложении воды, кроме водорода, образуется кислород, который выделяется в атмосферу.
Все реакции световой фазы осуществляются на мембранах хлоропластов. В итоге значение световой фазы состоит в том, чтобы обеспечить биосинтез углеводов энергией АТФ и восстанавливающим соединением НАДФ-Н.
Вторая фаза – темновая, она происходит между мембранами в строме хлоропласта. Благодаря энергии АТФ и НАДФ-Н происходит фиксация углекислого газа простых углеводов и образований моносахаридов. Их образование происходит при участии большого количества ферментов. В дальнейшем в результате реакции полимеризации моносахариды превращаются в полисахариды: целлюлоза, крахмал.
К. Тимирязев писал о значении фотосинтеза «это процесс от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете». Это действительно так, только благодаря фотосинтезу образуются органические соединения на нашей Земле, атмосфера очищается от углекислого газа и обогащается кислородом.
Созданная благодаря фотосинтезу атмосфера защищает все живое на планете от губительных коротковолных ультрафиолетовых лучей.
Лесничий. Не случайно лес называют легкими планеты, богатством Земли, зеленым другом.
Приведу конкретные доказательства. Летом участок леса в 1 га за 1 час усваивает 8 кг углекислого газа, который выделили придыхании 200 человек.
За один год зеленые растения нашей планеты поглощают 600 млрд тонн углекислого газа, выделяют в атмосферу 200 млрд тонн кислорода образуя 15 млрд тонн органического вещества.
Это при том, что продуктивность фотосинтеза очень мала. Растения усваивают всего лишь 1% солнечной энергии, попадающей на их листья. От 1 до 15г органического вещества образуется на 1 кв.м. поверхности листьев. Но при фотосинтезе растения выделяют кислорода в 20 – 30 раз больше, чем поглощают его при дыхании.
3,5 млрд лет фотосинтез является основой жизни на Земле. Берегите лес, планету, берегите все живое на Земле.
Селекционер. Наивысший коэффициент полезного действия при фотосинтезе – 28%.
Но если обратиться к данным поглощения солнечного света культурными растениями, он окажется очень низким.
| Растение | Поглощение солнечного света, % |
| Свекла кормовая | 1,91 |
| Картофель | 2,38 |
| Рожь | 2,42 |
| Пшеница | 2,68 |
Задача селекционеров не только в получении высокоурожайных устойчивых к болезням и климатическим условиям сортов, но и в выведении сортов с большой поверхностью листьев и удлинении сроков их активной жизни.
4. Подведение итогов урока
Итак, на уроке мы узнали не мало интересных факторов о биосинтезе углеводов, выслушали доклады различных представителей науки.
5. Домашнее задание: подготовить презентацию, посвященную роли биосинтеза углеводов в живой клетке.
И. Ю. Шенцова, МОБУ СОШ №1 г. Лабинск, Краснодарский край
Тема. БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ – ФОТОСИНТЕЗ
Тип урока: комбинированный
Цель:
сформировать знания о сущности процесса биосинтеза углеводов - фотосинтезе. Задачи:
1) сформировать у учащихся представление о световой и темновой фазах фотосинтеза; 2) развивать умения выделять главное, сравнивать, применять знания для решения биологических задач; 3) осуществлять патриотическое воспитание учащихся. Оборудование:
электронная презентация «Фотосинтез», ПК, мультимедиа-проектор, экран, таблицы с изображениями растительной клетки, световой и темновой фаз фотосинтеза. Ход урока
I
.
Актуализация знаний.
1. Объясните, какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка. 2. Охарактеризуйте роль различных видов РНК в биосинтезе. 3. Почему процесс биосинтеза молекул белков может осуществляться только в живой клетке? II
. Изучение нового материала.
1.История открытия фотосинтеза. 17 век. - Ван Гельмонт (масса вербы за 5 лет увеличилась на74,4 кг, а масса грунта убыла на 57г). 1771г. - Джозеф Пристли (растения исправляют воздух). 1778г. – Я. Ингенхауз (растения это делают только на свету). Почему? 1903г. – К.А. Тимирязев открыл процесс фотосинтеза «…это процесс создания органических веществ из углекислого газа и воды в зеленых частях растений под действием солнечного света». 2. Понятие фотосинтеза. При биосинтезе белка полимерная молекула строится из готовых мономеров - аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки - АТФ. Биосинтез углеводов идет иначе, В клетках растений мономеры углеводов - моносахариды - образуются из неорганических веществ (углекислого газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, поступающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называется фотосинтезом. Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полисахаридов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений. Фотосинтез - процесс, важный для всего живого населения планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигментов (хлорофилла и других), находящихся в пластидах. Хлоропласты - органоиды, которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет. Фотосинтез - сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Фотосинтез включает в себя две стадии: световую и темновую. 3. Световая фаза фотосинтеза. Под действием энергии света молекулы хлорофилла возбуждаются и теряют электроны. Часть электронов, захваченных ферментами, способствует образованию АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщеплении воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Образовавшийся при расщеплении воды ион водорода с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать его в пределах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ Н. В такой химической связи запасается энергия, и этим заканчивается первая стадия фотосинтеза. Участие света здесь является обязательным условием. Поэтому данную стадию и называют световой. Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт расщепления воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания. Таким образом, световые реакции фотосинтеза помимо молекулярного кислорода дают два богатых энергией соединения - АТФ и НАДФ Н. 4. Темновая фаза фотосинтеза. Здесь используются продукты, образовавшиеся в световой фазе. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы - моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО2 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы С6Н12О6, из которых путем полимеризации создаются полисаха-риды - целлюлоза, крахмал. Поскольку эти реакции идут без участия света, их называют темновой фазой. Световая фаза проходит на внутренней мембране хлоропласта - в тилакоидах, а темновая - в строме хлоропласта. На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсивность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти параметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу 1-1,5 % энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах. 5. Значение фотосинтеза. Самостоятельная работа с учебником. Задание: в чем заключается космическая роль зеленых растений? III
. Закрепление знаний.
Заполнение таблицы «Фотосинтез» в рабочей тетради. Домашнее задание: § 11.
Барышников Алексей Дмитриевич
Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint
на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:
подумаем вместе Огромные достижения в изучении механизмов этого процесса были достигнуты лишь во второй половине XX века.Благодаря этому процессу, существует весь органический мир нашей планеты.Этот процесс способствует образованию защитного озонового слоя.В результате этого процесса образуются сложные органические вещества.В результате этого процесса возможна жизнь аэробных организмов.Этот процесс -важнейший поставщик кислорода на планете.Об этом процессе писал выдающийся ученый К. А. Тимирязев в своей книге «Солнце, жизнь и хлорофилл». Содержание Цель урока:Изучить сущность биосинтеза углеводов - процесс фотосинтеза.Задачи: 1.Познакомиться с определением –фотосинтез, историей открытия процесса.2. Изучить строение хлоропласта, зарисовать.3. Выявить и сравнить основные этапы фотосинтеза.4. Раскрыть биологическое значение процесса. Фотосинтез Фотосинтез – процесс превращения углекислого газа и воды в углеводы и кислород под действием энергии солнечного света. Образующиеся углеводы используются в качестве пищи, а кислород поступает в атмосферу. История открытия Первым обнаружил, что растения выделяют кислород, английский химик Джозеф Пристли около 1770.В 1817 г. два французских химика, Пельтье и Каванту, выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом. В 1845 г. немецкий физик Роберт Майер утверждал о том, что зеленые растения преобразуют энергию, солнечного света в химическую энергию. История открытия Климент Аркадьевич Тимирязев показал, что фотосинтез проходит с наибольшей интенсивностью в тех областях солнечного спектра, где находятся максимумы поглощения хлорофилла.Русский ботаник Андрей Сергеевич Фаминцын доказал, что этот процесс может идти и при искусственном освещении. История открытия В 20 в. было установлено, что процесс фотосинтеза начинается на свету в фоторецепторах хлорофиллов, однако многие из последующих стадий могут протекать в темноте. В 1941 американский биохимик Мелвин Калвин показал, что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекул воды, в результате чего образуются кислород и водород, идущий на восстановление диоксида углерода до органических веществ.В 1960 году газеты США и других стран оповестили мир о том, что известный американский химик-органик Роберт Берне Вудворд добился небывалого - осуществил синтез хлорофилла. Вспоминаем! Какие пластиды растений вам известны? Вспоминаем! Какие пигменты растений вы можете назвать? Отдыхаем! 1. Вертикальные движения глазными яблоками:вверх-вниз.2. Горизонтальные движения глазными яблоками: влево – вправо.3. Часто поморгать глазами в течение 10-15 раз.4. Работа глаз на разном расстоянии. Посмотрите пристально на самую близкую, хорошо видимую, деталь, после этого, переведите свой взгляд куда-то вдаль и постарайтесь увидеть более отдаленные предметы. Хлоропласты рис.16, стр.36 зарисовать в тетрадьЯвляются двумембранными органеллами. Внутренняя мембрана хлоропласта имеет выросты-тилакоиды. Тилакоиды высших растений группируются в граны, соединяются ламеллами.Пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами называется стромой.В строме содержатся хлоропластные молекулы РНК, ДНК, рибосомы, крахмальные зёрна. хлоропласты процессы световой фазы Процессы световой фазы Процессы темновой фазы Проверим! Световая фаза Темновая фаза Протекает на мембранах тилакоидов возбуждение хлорофилла –а, фотолиз воды, восстановление фермента, синтез АТФ О2 ОН, Н, АТФ, НАДФ*Н, Протекает в строме расщепление АТФ с высвобождением энергии, синтез органических веществ в присутствии НАДФ*НС6Н12О6 – глюкоза (в дальнейшем расщепляется до СО2 и Н2О) 1. Укажите значение пластид в жизни растения и в процессе фотосинтеза Повторим! Повторим! 2.Установите соответствия между процессом и конечными продуктами синтеза А) световая фазаБ) темновая фаза Процессы протекают в строме хлоропластовПроцессы проходят с образованием сложных органических веществФотолиз водыОбразование АТФ и НАДФ-Н2Процессы протекают на мембранах тилакоидовОбразование С6Н12О6 Повторим! 3. Найдите и исправьте ошибкиCO2 + 6H2O = C5H12O6 + 5O2 Проверим! 1. Хромопласты – пластиды, содержащие красные и желтые пигменты, окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян.Хлоропласты- пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, участвуют в процессе фотосинтезаЛейкопласты – пластиды, содержащие бесцветные пигменты, синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ.2. А) 3, 4, 5 Б) 1, 2, 63. 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2 внимание вопрос! Как вы считаете, почему К. А. Тимирязев назвал роль зеленых растений «космической»? Значение фотосинтеза Основной источник кислорода для всех живых существИсточник органического вещества планеты Источник топлива«Страж» атмосферы Земли (способствует образованию защитного озонового слоя) Значение фотосинтеза Всё многообразие жизни на нашей планете возможно благодаря процессу фотосинтеза! Домашнее задание 1.Прочитайте параграф 11, ответьте устно на вопросы после параграфа.2. Ответьте на вопрос: «Какие выводы можно сделать, исходя из интенсивности фотосинтеза,и где это можно применить?»3. Посмотрите материал, пройдя по ссылке: Значение фотосинтеза
Биосинтез белка создает полимерную молекулу из готовых мономеров – аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки (АТФ).
Биосинтез углеводов идет принципиально иначе. В клетках растений мономеры – моносахариды – образуются из неорганических веществ (углекислого газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, поступающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называют фотосинтезом (от греч. photos – "свет" и synthesis – "соединение").
Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полисахаридов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений.
Фотосинтез – процесс, чрезвычайно важный для всего живого населения планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигментов (хлорофилла и других), находящихся в пластидах .
Хлоропласты – это внутриклеточные органоиды (пластиды), которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет. В растительной клетке обычно содержится от 15 до 50 хлоропластов.
Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Многолетние исследования фотосинтеза показали, что он включает в себя две стадии: световую и темновую.
Первая стадия фотосинтеза – световая.
Под действием энергии света молекулы хлорофилла (и других соединений, называемых
переносчиками) возбуждаются и теряют электроны. Часть электронов, захваченных
ферментами, способствует образованию АТФ
путем присоединения остатка фосфорной кислоты (Ф) к АДФ.
Другая часть электронов принимает участие в расщеплении (разложении) воды на
молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Разложение воды происходит
внутри хлоропласта.
Образовавшийся при расщеплении воды водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта . Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов – окисленный никотинамидаденин-динуклеотидфосфат , или НАДФ . Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ Н. В такой химической связи запасается энергия, и заканчивается первая стадия фотосинтеза.
Участие энергии света здесь является обязательным условием. Поэтому данную стадию называют еще стадией световых реакций .
Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт при расщеплении воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.
Вторая стадия фотосинтеза – темновая. Здесь используются образовавшиеся в процессе световых реакций продукты. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы – моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО 2 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы (С 6 Н 12 О 6), из которых путем полимеризации создаются полисахариды – целлюлоза, крахмал, гликоген и другие сложные органические соединения. Поскольку все реакции на этой стадии идут без участия света, ее называют стадией темновых реакций .
Все световые реакции (первая стадия фотосинтеза) происходят на мембранах хлоропласта – в тилакоидах, а темновые (вторая стадия фотосинтеза) – между мембранами внутри хлоропласта – в строме.
Сложный поэтапный процесс фотосинтеза идет непрерывно, пока зеленые клетки получают световую энергию.
На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсивность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти параметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу примерно 1–1,5% энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах. Фотосинтезирующие организмы дают пищу гетеротрофам, а также кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на планете. Установлено, что 21% кислорода в современной атмосфере Земли создан главным образом путем фотосинтеза.
Фотосинтез – уникальный процесс создания зелеными клетками органических веществ из неорганических, притом идущий в огромных масштабах на суше и в воде. Ежегодно растения связывают 1,7 млрд т углерода, образуя при этом более 150 млрд т органического вещества и выделяя около 200 млрд т кислорода.
Фотосинтез – единственный на нашей планете процесс превращения энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Таким способом энергия Солнца, поступившая из космоса, преобразуется и запасается клетками зеленых растений в углеводах, белках и липидах, обеспечивая жизнедеятельность всего гетеротрофного населения живого мира – от бактерий до человека.
Вот почему выдающийся русский ученый–естествоиспытатель К. А. Тимирязев эту роль зеленых растений для жизни на Земле назвал космической.
Данный видеоурок освещает тему «Биосинтез углеводов. Фотосинтез». На этом занятии мы продолжим изучать процесс биосинтеза, рассмотрев, как происходит образование углеводов. Вы познакомитесь с определением фотосинтеза и рассмотрите две стадии этого процесса. Изучите строение хлоропластов, узнаете, какую роль играет в этом сложном процессе солнечный свет.
БИОЛОГИЯ 9 КЛАСС
Тема: Клеточный уровень
Урок 12. Биосинтез углеводов. Фотосинтез
Степанова Анна Юрьевна
к. б.н., доц. МГУИЭ
Москва
Здравствуйте, тема нашего сегодняшнего урока – «Биосинтез углеводов. Фотосинтез». На предыдущем уроке мы говорили о биосинтезе белка. Говорили о том, что белок образуется из аминокислот в присутствии молекул АТФ. Синтез углеводов идет принципиально иначе. В клетках растений моносахариды образуются из углекислого газа и воды под действием энергии солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. Фотосинтез - это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии солнечного света.
Образующийся в результате фотосинтеза первичный продукт - глюкоза – используется для синтеза полисахаридов. Фотосинтез происходит в клетках зеленых растений, водорослей и некоторых бактерий. Он осуществляется с помощью пигментов (например, хлорофилла). У растений большая часть хлорофилла находится в листьях растений в хлоропластах. Хлоропласты - внутриклеточные органоиды (пластиды), которые благодаря хлорофиллу окрашены в зеленый цвет.
Давайте поговорим о строении хлоропластов. От цитоплазмы хлоропласт отделен двойной мембраной, которые обладают избирательной проницаемостью. Внутреннее пространство хлоропласта заполнено бесцветным содержимым, стромой. В строме хлоропласта обнаруживаются молекулы ДНК, РНК, белки и рибосомы. Там же происходит первичное отложение запасного полисахарида - крахмала – в виде крахмальных зерен. Внутренняя мембрана хлоропласта врастает в строму, образуя мешковидно-уплощенные структуры - тилакоиды. На мембране тилакоида размещаются молекулы хлорофилла и других вспомогательных пигментов (каратиноидов). Тилакоиды собраны в пачки и расположены друг на друге, как стопка монет, - граны. Все граны хлоропласта соединены между собой ламеллами - одиночными тилакоидами.
Фотосинтез – процесс сложный и многоступенчатый. Исследования показали, что фотосинтез включает две основные стадии: световую и темновую. Световая стадия - квант красного цвета, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Он приобретает большой запас энергии и перемещается на более высокий энергетический уровень. Его можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, набирающим потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза молекулы АТФ. Этот электрон замещается на электрон воды, так как вода под действием света подвергается фотолизу. Фотолиз происходит в полости тилакоида. Участие света на данной стадии является обязательным условием, поэтому данную стадию часто называют стадией световых реакций. Кислород, образуемый в результате расщепления (фотолиза) воды, является побочным продуктом реакции и удаляется из клетки или частично расходуется на процессы дыхания. Кроме того, на данной стадии образуется довольно большое количество энергии в виде молекулы АТФ, которая затем расходуется в темновых реакциях.
Вторая стадия фотосинтеза - темновая. В темновой стадии используются образовавшиеся в световой стадии продукты. Происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы - моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций за счет энергии АТФ. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы, из которых в дальнейшем образуются полисахариды (например, крахмал). Так как эти реакции происходят без участия света, стадия названа темновой. Она проходит в строме хлоропластов.
Итак, первая стадией фотосинтеза (световая) проходит на мембране хлоропластов (тилакоидах), а вторая стадия проходит в строме хлоропластов. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:
6CO2 + 6H2O ---> C6H12O6 (глюкоза) + 6O2
На скорость фотосинтеза влияют внешние условия: свет, температура, концентрация углекислого газа. Если эти параметры достигают оптимальных величин, то происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу 1-1,5% энергии солнца запасается в виде органических молекул.
Фотосинтезирующие организмы дают пищу гетеротрофам, а также кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на планете. Установлено, что 21% кислорода в атмосфере является в основном продуктом фотосинтеза.
Фотосинтез - это уникальный процесс создания органических веществ из неорганических, который может протекать как на суше, так и в воде. Ежегодно растения фиксируют 1,7 миллиардов тонн углерода, образует 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяет 200 миллиардов тонн кислорода.
Фотосинтез - это единственный процесс, при котором происходит превращение солнечной энергии в энергию химических связей органических соединений. Таким образом, энергия из космоса накапливается в виде углеводов, белков и жиров, обеспечивая процессы жизнедеятельности всех организмов на планете Земля.
В заключение хочется привести слова К. А. Тимирязева, который говорил о космической роли зеленых растений: «Когда-то где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплотную почву, а на зеленую былинку пшеничного ростка или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь об него, он потух, перестал быть светом, но он не исчез, он только затратился на внутреннюю работу. Он разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте. Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Он вошел в состав хлеба, который мы используем в пищу. Он преобразился в наши мускулы, наши нервы, в наши движения, быть может, и в эту минуту он играет в нашем мозгу».
Таким образом, мы рассмотрели процесс фотосинтеза и его стадии. На этом наш урок окончен, всего вам доброго, до свидания!