§15. Фотосинтез

І Фотосинтез - процес, зо допомогою якого рослини перетворюють променисту енергію сонячного світла в хімічну; найважливіший процес it усіх, що вини­кає у світі.

Основні терміни і поняття: автотрофи, гетеротрофи, хлорофіл, хлоропласти, фотосинтез.

1630 р.

-тшгії.

Вивчення фотосинтезу було започатковано голландським вченим ван Гель-монтом. Ван Гельмонт показав, що рослини самі утворюють органічні речо­вини, а не отримують їх з ґрунту.

Джозеф Пристлі показав, що тварини і рослини змінюють склад навколиш­нього повітря прямо протилежним способом.

1779 р.

1782 р. 1796 р.

Австрійський лікар Ян Інгенхауз виявив, що рослини виділяють кисень тільки на світлі.

Жан Сенеб'є показав, що рослини, виділяючи кисень, одночасно поглина­ють двоокис вуглецю. Це змусило його припустити, що в речовину рослини перетворюється вуглець, який входить до складу двоокису вуглецю.

Ян Інгенхауз дав загальне рівняння фотосинтезу:

СО_; +М_:0 = рослинні тканини +О_г

Пізніше, у XIX ст., розглядаючи освітлені листки в мікроскоп, дослідники по­ мітили, що крохмальні зерна при фотосинтезі збільшувалися. Це привело їх до думки, що безпосередніми продуктами фотосинтезу є вуглеводи. Таким чином, в основних рисах схема фотосинтезу була завершена: СО, + Н,0 >СН,0 + tt

XIX ст.

1804 р.

1817р.

Н. Сосюр, зважуючи повітря і рослину до фотосинтезу і після, встановив, що збільшення сухої маси рослини перевищувало масу поглиненої ним з повітря вуглекислоти. Сосюр дійшов висновку, що іншою речовиною, яка брала участь у збільшенні маси, була вода

Французькі фармацевти Пельт'є і Каванту уперше виділили з листків їхню зелену «начинку» - хлорофіл. І ось уже майже два століття вчені багатьох країн наполегливо досліджують цю загадкову речовину.

1883 р.

Німецький вчений Т. Енгельман навів побічні докази важливої ролі хлорофілу в процесі фотосинтезу.

—<«/'«,

XX ст.

1940 р.

Німецький вчений Хане Фішер встановив структуру молекули хлорофілу (а і в). Виявилося, що хлорофіл нагадує зеленого пуголовка. У цієї молекули плоска квадратна голова (хлорофі-лін) і довгий «хвіст» (фітол). У центрі голови, наче око циклопа, красується атом магнію.

Структурна формула хлорофілу а.

Виділена кон'югована система простих і подвій­них зв'язків, що є в молекулі, а також п'ятиву-глецеве кільце, яке напевне бере участь в пере­носі атомів водню.

46

1958 р.

У Брюсселі на Всесвітній виставці була представлена модель вчених О.М. Тереніна і О.А. Красновського, яка показала, що хлорофіл лише напів­провідник. Це той «насос», який у зеленому листку, скоряючись енергії со­нячних променів, «перекачує» електрони. Так вперше удалося штучно від­творити один з центральних процесів, що складають сутність фотосинтезу.

1975 р.

Американець Джозеф Кац привселюдно демонструє сконструйований ним «штучний листок». Розміром із сірникову коробку (скло, метал, пласт­маса), він навіть віддалено не нагадував свого зеленого родича. Однак ба­гато в чому копіював його функції.

«...Нелегко відтворити фотосинтез, - писав пізніше доктор Дж, Кац. - Але навіть ці скромні результати запевняють: природі можна кинути виклик. Ути­ лізація сонячної енергії за допомогою пристроїв, що імітують природу, ціл- ком можлива і досяжна...»

Фізіологія листка

У 1905 р. Блекман знайшов, що фотосинтез складається з двох послідовних реакцій: швидкої світлової реакції і низки більш повільних, не залежних від світла етапів, назва­них ним темновою реакцією.

(переносник

1) Світлова фаза фотосинтезу (у гранах)

а) Фотоліз води.

н_:о = іг+оц-

Н*+е=Н ОН' =е + ОН 40Н = 0₁+2Н₁0 2Я,0 = 4Я + 0,Т

б) АДФ + Ф = АТФ.

в) Відновлення НАДФ водню)

НАДФ Н

2) Темнова фаза фотосинтезу (у стромі)

Реакції зв'язування С₂ відбуваються з по­глинанням енергії

6СО, + 24Я = C,H_I:0, + 6Н,0 . Сумарне рівняння фотосинтезу 6С0₂₊6Н₂0 "—IT" >

Qtf.A + боЛ

С₆Н_І20ь -органічна речовина.

Схема фотосинтезу

-Ё2Ж

Учнівська сторінка

1. Чому хлорофіл називають зеленою кров'ю нашої планети і яка його роль у зем­ному житті? (12 балів)

47

2. В яких органоїдах рослинних клітин містяться пігменти? Чому при варінні подрібне­них коренеплодів буряка і моркви морква не змінює своє забарвлення, а буряк знебарвлю­ється? (12 балів)

3. Порівняйте світлову і темнову фази фотосинтезу. Виберіть потрібний варіант.

(9 балів)

Питання для порівняння	Світлова фаза	Темнова фаза	Результат
1. Процеси, які			а) утворюється вільний
відбуваються:			кисень;
1) світлова фаза;			б) утворюються вуглеводи;
2) темнова фаза.			в) утворюється вода; г) утворюється АТФ;
II. За яких умов:			д) утворюється одноатом-
1) світлова фаза;			ний водень;
2) темнова фаза.		і	є) світло, хлорофіл, вода; ж) світло чи темрява, фер-
III. Результати процесів:			менти, атомарний водень,
1) світлова фаза;			двоокис вуглецю;
2) темнова фаза.			з) збудження електронів,
			фотоліз води, різниця по­тенціалів, утворення ато-
			марного водню; і) синтез вуглеводів за ра-
			хунок енергії АТФ.

4. Розв'яжіть задачу.

У процесі фотосинтезу одна рослина поглинає 280 г вуглекислого газу за день. Скі­льки (теоретично) утвориться в листках глюкози і виділиться 0₂за 5 днів ? (11 балів)

Дано:

Ключ до розв'язання задачі

280 г/день = 44 г/моль

"(СО;)

(СО:)

М

6СО_г + 6Н,0->С,Н,А+ 6Q₂t бмоль 1моль бмоль

M(CHi;Oj = 18 г/моль

Розв'язання.

1. За 5 днів поглинається г С0₂.

2. Це складає молей.

3. При цьому глюкози утвориться молей або \

4. Кисню виділиться молей або. л.

^m(C₆H₁₂0₆) = ? г за 5 днів V (0₂) = ? л за 5 днів Відповідь. 954,5 г С„Н_і2О_ь; 1018 гО,.

4S