. БИОЛОГИЯ 10 КЛАСС

Фотосинтез.

Цель урока: углубить знания учащихся о способах питания в органическом мире через изучение особенностей процесса фотосинтеза; обосновать космическую роль зеленых растений; раскрыть значение фотосинтеза.

Ход урока.

I. Проверка знаний
Установите соответствие, вписав в столбцы таблицы номера характеристик этапов дыхания:
подготовительный бескислородный кислородный

1. Может происходить вне клеток.
2. Количество выделившейся энергии равно 0.
3. Необходимы пищеварительные ферменты.
4. Количество выделившейся энергии равно 36 АТФ.
5. Происходит в митохондриях.
6. Может происходить в лизосомах клеток.
7. Происходит в цитоплазме клеток.
8. Необходим кислород.
9. Нет необходимости в кислороде.
10. Химическим результатом может быть глюкоза; аминокис¬лота или глицерин и жирные кислоты.
11. Химическим результатом может быть вода, углекислый га¬з и азотсодержащие соединения.
12. Химическим результатом может быть пировиноградная кис¬лота или молочная кислота.
13. Характерен для всех растений и большинства животных и микроорганизмов.
14. Характерен для организмов, обитающих в бескислородной среде.
15. Необходимы ферменты гликолиза.
16. Необходимы молекулы-переносчики и митохондриальные ферменты.
17. Анаэробный этап.
18. Аэробный этап.
19. Гликолиз.
20. Биологическое окисление в митохондриях.

II. Приглашение к размышлению: определите тему урока.
Сегодня мы с вами познакомимся с одним биологическим процессом, уникальным по множеству позиций на нашей планете. Я вам буду их перечислять, а вы догадайтесь, о чем идет речь.
• Огромные успехи в изучении механизмов этого процесса были достигнуты лишь во второй половине XX столетия.
• Если бы для биологических процессов и явлений существовала Книга рекордов Гиннеса, то он занял бы там не один десяток страниц
• Это практически единственный процесс в живой природе, где происходит преобразование одного вида энергии в другую.
• Благодаря этому процессу, существует весь органический ми на нашей планете.
• Благодаря этому процессу создается и поддерживается состав среды, необходимый для обитания всех живых организмов.
• Этот процесс способствует предохранению поверхности Земли от парникового эффекта и образованию защитного озонового экрана вокруг планеты.
• Этот процесс включает в себя, по крайней мере, три важнейших этапа: фотофизический, фотохимический и биохимический.
• В результате этого процесса образуются сложные органические вещества.
• Это единственный процесс, который снабжает кислородом атмосферу и, следовательно, обеспечивает существование аэробных организмов.
• О нем писал в своей книге «Солнце, жизнь и хлорофилл» К.А. Тимирязев.
ФОТОСИНТЕЗ

III. Объяснение нового материала
Фотосинтез характерен только для клеток автотрофных организмов. В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Именно в них происходит захват световой энергии и превращение ее в энергию химических связей молекул органических соединений. Внутри хлоропластов содержится хлоро¬филл — сложное органическое вещество, способное улав¬ливать энергию света для использования ее в процессах биосинтеза органических веществ. Молекулы хлорофилла и других вспомо¬гательных пигментов располагаются в мембранах тилакоидов хлоро¬пластов.
В процессе фотосинтеза выделяют две фазы: свето¬вую и темновую. Вторая из них может протекать в тем¬ноте. Однако для того, чтобы это осуществлялось, необ¬ходим предварительный синтез органических веществ (например, АТФ). А этот процесс осуществляется в све¬товой фазе фотосинтеза. Поэтому световая фаза пред¬шествует темновой и является инициатором последней, а также важнейшим условием ее нормального протека-ния. В дальнейшем световая и темновая фазы могут осуществляться одновременно.

Световая фаза
Процесс фотосинтеза начинается с освещения хлоропласта видимым светом . Фотон, попав в молекулу хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние: ее электроны перескаки¬вают на высшие орбиты, т. е. на орбиты, более удаленные от ядра. Благодаря этому облегчается отрыв электронов от моле¬кулы. Один из таких возбужденных электронов переходит на молекулу-переносчика, который уносит его и переправляет на другую сторону мембраны. Молекула хлорофилла восстанавливает потерю электрона, отбирая его от молекулы воды.
В результате потери электронов молекулы воды разлагаются на протоны и атомы кислорода. Из атомов кислорода образуется молекулярный кислород, который диффундирует через мембрану и выделяется в атмосферу. Протоны же неспособны к диффузии через мембрану и накапливаются в гране. Таким образом, по одну сторону мембраны собираются положительно заряженные протоны, по другую — частицы с отрицательным зарядом.
По мере накопления по обеим сторонам мембраны противопо¬ложно заряженных частиц нарастает разность потенциалов (про¬тонный потенциал). Так же как в мембраны митохондрий, в мембраны гран встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ (АТФ-синтетаза). Внутри АТФ-синтетазы имеется канал, через который могут пройти протоны. Когда величина протонного потенциала достигает критического уровня, сила электрического поля проталкивает протоны через канал в молекуле АТФ-синте¬тазы. Освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ. Образовавшаяся АТФ переправляется в те места хлоро¬пласта, где происходит синтез углеводов.
Протоны, оказавшиеся на другой стороне мембраны, встре¬чаются здесь с электронами, доставленными молекулами-пере¬носчиками. Они превращаются в атомы водорода, которые пере¬правляются в те места хлоропласта, где идет синтез углеводов.
Таким образом, энергия солнечного излучения порождает три процесса: образование молекулярного кислорода в результате разложения воды, синтез АТФ, образование атомарного водоро¬да. Эти три процесса происходят на свету и являются составляю¬щими световой фазы фотосинтеза.

Темновая фаза
Дальнейшие реакции фотосин¬теза связаны с образованием углеводов. Они протекают как на свету, так и в темноте и называются темновой фазой. Темновая фаза фотосинтеза представляет собой ряд последовательных реакций. В результате этих реакций из оксида углерода (IV) и воды образуются углеводы.
Для темновых реакций в хлоропласт непрерывно поступают исходные вещества и энергия. Оксид углерода (IV) поступает в лист из окружающей атмосферы, водород образуется в световую фазу фотосинтеза в результате расщепления воды. Источником энергии служит АТФ, которая синтезируется в световую фазу фотосинтеза. Все эти вещества транспортируются в хлоропласт, где и осуществляется синтез углеводов.
6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2

Значение фотосинтеза для живой природы.
В изучение роли света и хлорофилла в процессе усвоения углекислого газа — ок¬сида углерода (IV) — при фотосинтезе большой вклад внес круп¬нейший русский ученый К. А. Тимирязев. Непревзойденный популяризатор знаний по фотосинтезу, он писал так: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете». Такое утверждение вполне обосно¬ванно, так как фотосинтез — основной поставщик не только орга¬нических соединений, но и свободного кислорода на Земле.
Общая продуктивность фотосинтеза громадна: ежегодно рас¬тительность Земли связывает 1,7- 108 т углерода. Помимо того, растения вовлекают в синтез миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов. В результате ежегодно синтезируется около 4- 107 т органических веществ.
При всей грандиозности масштабов природный фотосинтез — медленный и малоэффективный процесс: зеленый лист использует для фотосинтеза всего около 1% падающего на него солнечного излучения. Продуктивность фотосинтеза составляет примерно 1 г органических веществ на 1 м2 площади листьев в час. Таким образом, летом за сутки 1 м2 листвы вырабатывает примерно 15—16 г органических веществ. Повысить эффективность фото¬синтеза можно вследствие улучшения освещенности, водоснаб¬жения растений и других условий.
Следует напомнить, что растительные клетки, как и все дру¬гие клетки, постоянно дышат, т. е. поглощают кислород и выде¬ляют оксид углерода IV. Днем наряду с дыханием растительные клетки преобразуют световую энергию в химическую: они синте¬зируют органические вещества. При этом в качестве побочного продукта реакции выделяется молекулярный кислород. Количество кислорода, выделяемого растительной клеткой в процессе фото¬синтеза, в 20—30 раз больше, чем кислорода, поглощаемого в одновременно идущем процессе дыхания.

Домашнее задание
§ 25-26, стр.101 задание 3 .