🌿
Тема 14 · НМТ з біології Фотосинтез. Хемосинтез
Хлорофіл, світлова і темнова фази, цикл Кальвіна, хемосинтез бактерій, космічна роль рослин
🗣️ Простими словами
Фотосинтез — це «магія» рослин: вони роблять їжу зі світла. У хлоропластах світло + вуглекислий газ + вода → глюкоза + кисень. Завдяки цьому на Землі є їжа й повітря, яким ми дихаємо.
Що таке фотосинтез
Визначення
Фотосинтез — це процес утворення органічних речовин (глюкози) з неорганічних (CO₂ і H₂O) за рахунок енергії світла.
Відбувається в хлоропластах клітин зелених рослин і водоростей. Ціанобактерії (прокаріоти) хлоропластів не мають — вони здійснюють фотосинтез на внутрішніх мембранах цитоплазми.
Це автотрофне живлення: організм сам створює органіку. Точніше — фотоавтотрофне (джерело енергії — світло).
Сумарне рівняння:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (на світлі, за участю хлорофілу).
Відбувається в хлоропластах клітин зелених рослин і водоростей. Ціанобактерії (прокаріоти) хлоропластів не мають — вони здійснюють фотосинтез на внутрішніх мембранах цитоплазми.
Це автотрофне живлення: організм сам створює органіку. Точніше — фотоавтотрофне (джерело енергії — світло).
Сумарне рівняння:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (на світлі, за участю хлорофілу).
Значення фотосинтезу
• Утворення органічних речовин — їжа для всіх гетеротрофів (первинна продукція біосфери).
• Виділення кисню — саме фотосинтез наситив атмосферу O₂.
• Поглинання CO₂ — регуляція вмісту вуглекислого газу.
• Утворення озонового шару (O₃ з O₂) — захист від ультрафіолету.
• Запасання енергії Сонця у хімічних зв'язках органіки (зокрема — майбутнє вугілля, торф, нафта).
• Виділення кисню — саме фотосинтез наситив атмосферу O₂.
• Поглинання CO₂ — регуляція вмісту вуглекислого газу.
• Утворення озонового шару (O₃ з O₂) — захист від ультрафіолету.
• Запасання енергії Сонця у хімічних зв'язках органіки (зокрема — майбутнє вугілля, торф, нафта).
Хлорофіл і хлоропласти
Хлорофіл
Хлорофіл — зелений пігмент, що вловлює енергію світла. Містить атом магнію (Mg) у центрі молекули.
Найактивніше поглинає червоні та синьо-фіолетові промені, а зелені відбиває — тому рослини зелені.
Крім хлорофілу, є допоміжні пігменти — каротиноїди (жовті, оранжеві), які восени стають помітними, коли хлорофіл руйнується.
Найактивніше поглинає червоні та синьо-фіолетові промені, а зелені відбиває — тому рослини зелені.
Крім хлорофілу, є допоміжні пігменти — каротиноїди (жовті, оранжеві), які восени стають помітними, коли хлорофіл руйнується.
Будова хлоропласта
Хлоропласт має дві мембрани. Всередині — напіврідка строма.
У стромі — сплющені мембранні мішечки тилакоїди, зібрані в стопки — грани.
• На мембранах тилакоїдів міститься хлорофіл — тут іде світлова фаза.
• У стромі (розчині) іде темнова фаза.
Хлоропласт має власну ДНК і рибосоми — здатний частково самовідтворюватися.
У стромі — сплющені мембранні мішечки тилакоїди, зібрані в стопки — грани.
• На мембранах тилакоїдів міститься хлорофіл — тут іде світлова фаза.
• У стромі (розчині) іде темнова фаза.
Хлоропласт має власну ДНК і рибосоми — здатний частково самовідтворюватися.
🧠 Як запам'ятати
ХлоРОФІл = «зелений із маГнієм у серці». МаГній — Магній тримає Молекулу.
Де що йде: ТилакоЇд = сВІТло (в назві є «Т» як у сВіТло), а Строма = темнова (обидві на «С»/розчин, «Сутінки»).
Де що йде: ТилакоЇд = сВІТло (в назві є «Т» як у сВіТло), а Строма = темнова (обидві на «С»/розчин, «Сутінки»).
Світлова фаза
Де і що відбувається
Іде на мембранах тилакоїдів, тільки на світлі.
Хлорофіл поглинає квант світла і збуджується — електрон переходить на вищий енергетичний рівень. Ця енергія використовується для трьох подій:
1) фотоліз води;
2) синтез АТФ;
3) відновлення НАДФ⁺ до НАДФ·Н.
Хлорофіл поглинає квант світла і збуджується — електрон переходить на вищий енергетичний рівень. Ця енергія використовується для трьох подій:
1) фотоліз води;
2) синтез АТФ;
3) відновлення НАДФ⁺ до НАДФ·Н.
Фотоліз води
Фотоліз — розщеплення води під дією світла:
2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
• Кисень (O₂) виділяється як побічний продукт — саме він виходить у атмосферу.
• Електрони (e⁻) поповнюють хлорофіл.
• Протони (H⁺) накопичуються і потрібні для синтезу АТФ та відновлення НАДФ⁺.
Запам'ятай: увесь кисень фотосинтезу походить саме з ВОДИ, а не з CO₂.
2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
• Кисень (O₂) виділяється як побічний продукт — саме він виходить у атмосферу.
• Електрони (e⁻) поповнюють хлорофіл.
• Протони (H⁺) накопичуються і потрібні для синтезу АТФ та відновлення НАДФ⁺.
Запам'ятай: увесь кисень фотосинтезу походить саме з ВОДИ, а не з CO₂.
Синтез АТФ і НАДФ·Н
Енергія збуджених електронів рухає протони (H⁺) через мембрану — виникає різниця концентрацій. Протони повертаються через фермент АТФ-синтазу, і за рахунок цього утворюється АТФ (з АДФ + Ф).
Одночасно протони й електрони відновлюють НАДФ⁺ → НАДФ·Н (переносник Гідрогену з енергією).
Підсумок світлової фази: АТФ + НАДФ·Н (енергія для темнової фази) + O₂ (у повітря).
Одночасно протони й електрони відновлюють НАДФ⁺ → НАДФ·Н (переносник Гідрогену з енергією).
Підсумок світлової фази: АТФ + НАДФ·Н (енергія для темнової фази) + O₂ (у повітря).
Темнова фаза
Де і що відбувається
Іде у стромі хлоропласта. Назва «темнова» умовна — фаза не потребує світла безпосередньо, але потребує продуктів світлової фази (АТФ і НАДФ·Н), тому вдень іде разом зі світловою.
Головна подія — фіксація CO₂ і синтез глюкози.
Головна подія — фіксація CO₂ і синтез глюкози.
Цикл Кальвіна
Цикл Кальвіна — послідовність реакцій зв'язування CO₂ у стромі.
• CO₂ фіксується (приєднується до п'ятивуглецевого цукру) — це робить фермент РубісКо.
• Використовуються АТФ (енергія) і НАДФ·Н (Гідроген для відновлення).
• Крок за кроком синтезується глюкоза (C₆H₁₂O₆).
НАДФ·Н перетворюється назад на НАДФ⁺, АТФ — на АДФ, і вони повертаються у світлову фазу.
• CO₂ фіксується (приєднується до п'ятивуглецевого цукру) — це робить фермент РубісКо.
• Використовуються АТФ (енергія) і НАДФ·Н (Гідроген для відновлення).
• Крок за кроком синтезується глюкоза (C₆H₁₂O₆).
НАДФ·Н перетворюється назад на НАДФ⁺, АТФ — на АДФ, і вони повертаються у світлову фазу.
Зв'язок двох фаз
Фази нерозривні — це «конвеєр»:
• Світлова дає АТФ + НАДФ·Н темновій і викидає O₂.
• Темнова витрачає АТФ + НАДФ·Н, зв'язує CO₂ у глюкозу і повертає АДФ + НАДФ⁺ назад.
Без світлової фази темнова швидко зупиниться — не буде «палива» (АТФ) і «відновника» (НАДФ·Н).
• Світлова дає АТФ + НАДФ·Н темновій і викидає O₂.
• Темнова витрачає АТФ + НАДФ·Н, зв'язує CO₂ у глюкозу і повертає АДФ + НАДФ⁺ назад.
Без світлової фази темнова швидко зупиниться — не буде «палива» (АТФ) і «відновника» (НАДФ·Н).
🧠 Як запам'ятати
«СВІТ дає, ТЕМрява бере».
Світлова: ВОДА + світло → O₂ + АТФ + НАДФ·Н.
Темнова: CO₂ + АТФ + НАДФ·Н → ГЛЮКОЗА.
Кисень — з ВОДИ, глюкоза — з CO₂. Не переплутай, звідки що!
Світлова: ВОДА + світло → O₂ + АТФ + НАДФ·Н.
Темнова: CO₂ + АТФ + НАДФ·Н → ГЛЮКОЗА.
Кисень — з ВОДИ, глюкоза — з CO₂. Не переплутай, звідки що!
Умови фотосинтезу
Від чого залежить інтенсивність
Швидкість фотосинтезу зростає при збільшенні:
• Освітленості — до певної межі (потім не росте — «насичення світлом»).
• Концентрації CO₂ — головна «сировина».
• Температури — оптимум ~20–25 °C; за високої ферменти денатурують.
Також потрібні вода та хлорофіл.
Ці чинники діють за правилом обмежувального фактора: процес лімітує той чинник, якого найменше.
• Освітленості — до певної межі (потім не росте — «насичення світлом»).
• Концентрації CO₂ — головна «сировина».
• Температури — оптимум ~20–25 °C; за високої ферменти денатурують.
Також потрібні вода та хлорофіл.
Ці чинники діють за правилом обмежувального фактора: процес лімітує той чинник, якого найменше.
Хемосинтез
Що таке хемосинтез
Хемосинтез — утворення органічних речовин із неорганічних за рахунок енергії окиснення неорганічних сполук (а не світла).
Це хемоавтотрофне живлення. Здатні до нього лише деякі бактерії.
Відкрив хемосинтез мікробіолог Сергій Виноградський (1887).
Хемосинтетики не потребують світла — можуть жити навіть у темряві (ґрунт, глибини).
Це хемоавтотрофне живлення. Здатні до нього лише деякі бактерії.
Відкрив хемосинтез мікробіолог Сергій Виноградський (1887).
Хемосинтетики не потребують світла — можуть жити навіть у темряві (ґрунт, глибини).
Групи хемосинтетиків
• Нітрифікуючі бактерії — окиснюють амоніак до нітритів, а нітрити — до нітратів (NH₃ → NO₂⁻ → NO₃⁻). Важливі для колообігу Нітрогену та живлення рослин.
• Залізобактерії — окиснюють сполуки двовалентного Феруму (Fe²⁺) до тривалентного (Fe³⁺).
• Сіркобактерії — окиснюють сірководень (H₂S) та сполуки Сульфуру; живуть у сірчаних джерелах, біля гідротермальних джерел океану.
• Залізобактерії — окиснюють сполуки двовалентного Феруму (Fe²⁺) до тривалентного (Fe³⁺).
• Сіркобактерії — окиснюють сірководень (H₂S) та сполуки Сульфуру; живуть у сірчаних джерелах, біля гідротермальних джерел океану.
Значення хемосинтетиків
• Забезпечують колообіг Нітрогену, Сульфуру, Феруму в природі.
• Нітрифікуючі бактерії підвищують родючість ґрунтів.
• Утворюють основу екосистем без світла (глибоководні «оази» біля гідротерм, де хемосинтетики — продуценти замість рослин).
• Беруть участь в утворенні покладів руд (залізних, сірчаних).
• Нітрифікуючі бактерії підвищують родючість ґрунтів.
• Утворюють основу екосистем без світла (глибоководні «оази» біля гідротерм, де хемосинтетики — продуценти замість рослин).
• Беруть участь в утворенні покладів руд (залізних, сірчаних).
Космічна роль зелених рослин
Ідея К. Тимірязєва
Космічну роль зелених рослин обґрунтував Климент Тимірязєв.
Суть: рослини — єдина ланка, що вловлює енергію Сонця (космічне джерело) і переводить її у хімічні зв'язки органічних речовин, доступні всьому живому.
Основні положення:
• Накопичення органічної маси (їжа для біосфери).
• Запасання сонячної енергії (зокрема у копалинах — вугіллі, нафті).
• Насичення атмосфери киснем та утворення озонового шару.
• Підтримання сталого складу повітря (поглинання CO₂).
Суть: рослини — єдина ланка, що вловлює енергію Сонця (космічне джерело) і переводить її у хімічні зв'язки органічних речовин, доступні всьому живому.
Основні положення:
• Накопичення органічної маси (їжа для біосфери).
• Запасання сонячної енергії (зокрема у копалинах — вугіллі, нафті).
• Насичення атмосфери киснем та утворення озонового шару.
• Підтримання сталого складу повітря (поглинання CO₂).
Ключові терміни
Вивчи напам'ять
Фотосинтез: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Хлорофіл — зелений пігмент з атомом Mg; поглинає червоне і синє світло.
Світлова фаза — мембрани тилакоїдів; фотоліз води, синтез АТФ і НАДФ·Н, виділення O₂.
Фотоліз: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂.
Темнова фаза — строма; цикл Кальвіна, фіксація CO₂, синтез глюкози.
Хемосинтез — енергія окиснення неорганіки; бактерії (нітрифікуючі, залізо-, сіркобактерії); відкрив Виноградський.
Космічна роль рослин — Тимірязєв.
Хлорофіл — зелений пігмент з атомом Mg; поглинає червоне і синє світло.
Світлова фаза — мембрани тилакоїдів; фотоліз води, синтез АТФ і НАДФ·Н, виділення O₂.
Фотоліз: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂.
Темнова фаза — строма; цикл Кальвіна, фіксація CO₂, синтез глюкози.
Хемосинтез — енергія окиснення неорганіки; бактерії (нітрифікуючі, залізо-, сіркобактерії); відкрив Виноградський.
Космічна роль рослин — Тимірязєв.
Часті пастки НМТ
Не переплутай
• Кисень (O₂) — з ВОДИ (фотоліз), а НЕ з CO₂. Це улюблене питання!
• Світлова фаза — на тилакоїдах; темнова — у стромі (а не навпаки).
• «Темнова» фаза йде і на світлі — вона не потребує світла напряму, але потребує АТФ і НАДФ·Н.
• Глюкоза утворюється у темновій фазі (цикл Кальвіна), а не у світловій.
• Ціанобактерії фотосинтезують без хлоропластів (вони прокаріоти) — хлоропласти є лише в рослин і водоростей.
• Хемосинтез — світло НЕ потрібне; енергія береться з окиснення (NH₃, H₂S, Fe²⁺).
• Фотосинтез — фотоавтотроф, хемосинтез — хемоавтотроф; обидва створюють органіку з неорганіки.
• Хлорофіл містить Mg, а гем крові — Fe: не сплутай метали.
• Світлова фаза — на тилакоїдах; темнова — у стромі (а не навпаки).
• «Темнова» фаза йде і на світлі — вона не потребує світла напряму, але потребує АТФ і НАДФ·Н.
• Глюкоза утворюється у темновій фазі (цикл Кальвіна), а не у світловій.
• Ціанобактерії фотосинтезують без хлоропластів (вони прокаріоти) — хлоропласти є лише в рослин і водоростей.
• Хемосинтез — світло НЕ потрібне; енергія береться з окиснення (NH₃, H₂S, Fe²⁺).
• Фотосинтез — фотоавтотроф, хемосинтез — хемоавтотроф; обидва створюють органіку з неорганіки.
• Хлорофіл містить Mg, а гем крові — Fe: не сплутай метали.
🗣️ Простими словами
Якщо зовсім коротко: фотосинтез у хлоропластах перетворює світло, CO₂ і воду на глюкозу й кисень. Це протилежність диханню й основа життя на Землі 😉
Закріпи тему «Фотосинтез. Хемосинтез» на тестах 🎯
Пройди тести формату НМТ саме з цієї теми — безкоштовно, з розбором кожної помилки.