§ 17. Синтез органічних речовин

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Більшість листків мають зелене забарвлення. Чому так? Можливо, зелене світло є найважливішим у фотосинтезі? Чи однакову роль у фотосинтезі відіграють різні спектри видимого світла?

Більшість листків мають зелене забарвлення через наявність пігменту хлорофілу, який поглинає світло променів синього та червоного спектрів, а зелене світло відбиває й пропускає. Зелене світло не є найважливішим для фотосинтезу, оскільки воно засвоюється рослинами найгірше. Різні спектри видимого світла відіграють неоднакову роль: найбільшу інтенсивність фотосинтезу забезпечують синя та червона ділянки спектра.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Який із графіків (мал. 17.1) відображає залежність інтенсивності фотосинтезу від температури, а який — від інтенсивності освітлення? На який з них схожий графік залежності інтенсивності фотосинтезу від умісту СО2?

Лівий графік відображає залежність інтенсивності фотосинтезу від інтенсивності освітлення, оскільки зі зростанням світла швидкість фотосинтезу зростає до певного насичення. Правий графік відображає залежність від температури, оскільки має вигляд куполоподібної кривої з оптимумом, після якого підвищення температури призводить до руйнування ферментів і спаду фотосинтезу. Графік залежності інтенсивності фотосинтезу від умісту вуглекислого газу схожий на лівий графік (від освітлення).

2. Тобі знайоме сумарне рівняння фотосинтезу: 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2 ↑? Поміркуй, з якої сполуки може виділятися кисень під час фотосинтезу? Яким методом науковці змогли перевірити свої припущення?

Кисень під час фотосинтезу виділяється з молекул води внаслідок її розщеплення (фотолізу) у світлову фазу. Науковці перевірили це припущення за допомогою методу мічених атомів, використавши важкий ізотоп оксигену.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Яке планетарне значення фотосинтезу?

Планетарне значення фотосинтезу полягає в наступному:

• Забезпечує утворення кисню, необхідного для дихання більшості живих організмів та формування захисного озонового шару Землі.
• Створює первинні органічні речовини, які слугують джерелом їжі та енергії для гетеротрофних організмів.
• Поглинає вуглекислий газ із атмосфери, обмежуючи парниковий ефект і регулюючи клімат планети.

2. Опиши основні процеси у світловій і темновій фазах фотосинтезу.

У світловій фазі, яка відбувається в мембранах тилакоїдів за наявності світла, хлорофіл поглинає кванти світла й збуджується. Відбувається фотоліз води з утворенням молекулярного кисню, який виділяється у довкілля, а також синтезуються енергетичні молекули АТФ та НАДФ·Н.
У темновій фазі, яка проходить у стромі хлоропласта незалежно від наявності світла, відбувається фіксація вуглекислого газу в циклі Кальвіна за участю сполуки РиБФ із використанням енергії АТФ та НАДФ·Н, результатом чого є утворення глюкози.

3. Які організми здатні до хемосинтезу? Де вони черпають енергію?

До хемосинтезу здатні лише деякі групи прокаріотів — бактерії та археї. Енергію для утворення органічних речовин вони черпають із хімічних реакцій окиснення неорганічних сполук. До таких організмів належать нітрифікуючі бактерії (окиснюють сполуки Нітрогену), сіркобактерії (окиснюють сірку та її сполуки), залізобактерії (окиснюють сполуки Феруму) та водневі бактерії (окиснюють молекулярний водень).

4. Порівняй фотосинтез і хемосинтез. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 17.2.

Фотосинтез і хемосинтез є двома основними способами автотрофного живлення, за яких органічні речовини синтезуються з неорганічних. Головна відмінність між ними полягає у джерелі енергії, що використовується для синтезу, а також у групах організмів, які здатні здійснювати ці процеси.

5. Які чинники впливають на перебіг фотосинтезу? Запропонуй способи підвищення інтенсивності фотосинтезу у замкненому просторі (теплиці).

На перебіг фотосинтезу впливають інтенсивність освітлення, спектральний склад світла, температура довкілля, концентрація вуглекислого газу ($CO_2$), а також забезпеченість рослини водою та мінеральними елементами.

Для підвищення інтенсивності фотосинтезу у замкненому просторі (теплиці) можна застосувати такі способи:

1. Установити штучне фітоосвітлення із перевагою червоного та синьо-фіолетового спектрів світла, які найкраще поглинаються хлорофілом.
2. Збільшити вміст вуглекислого газу в повітрі теплиці за допомогою спеціальних генераторів $CO_2$ або підживлення.
3. Підтримувати оптимальну температуру в межах +20…+25 °C, уникаючи перегріву чи охолодження.
4. Забезпечити регулярне крапельне поливання та належну вологість повітря.

6. Досліди вплив інтенсивності освітлення і спектру світла на швидкість виділення кисню у світловій фазі фотосинтезу з інтерактивними симуляціями. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 17.3.

У результаті дослідження впливу інтенсивності та спектрального складу світла на світлову фазу фотосинтезу було з’ясовано такі закономірності:

1. Зі збільшенням інтенсивності освітлення швидкість виділення кисню зростає до досягнення максимуму, оскільки більша кількість квантів світла активує хлорофіл та прискорює фотоліз води.
2. Спектральний склад світла безпосередньо впливає на швидкість фотосинтезу: найінтенсивніше виділення кисню спостерігається при освітленні червоним і синім світлом, адже хлорофіли $a$ та $b$ поглинають саме ці довжини хвиль.
3. При освітленні зеленим світлом швидкість виділення кисню падає до мінімуму, оскільки хлорофіл відбиває зелені промені.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Кисень під час фотосинтезу утворюється в результаті розщеплення (фотолізу) молекул води у світловій фазі, а не з вуглекислого газу.
• Хлорофіл поглинає переважно червоне та синє світло, а зелене відбиває, тому більшість листків має зелений колір.
• Хемосинтез здійснюють лише бактерії та археї, використовуючи для утворення органічних речовин енергію окиснення хімічних сполук, таких як водень, сірка або ферум.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я став більш обізнаним щодо того, як світлова та темнова фази фотосинтезу взаємопов’язані: у світловій фазі утворюється енергія у формі АТФ та НАДФ·Н, яка потім витрачається у темновій фазі на створення молекул глюкози з вуглекислого газу.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Найбільшою перешкодою для мене було розібратися у складних назвах молекул-переносників та послідовності реакцій циклу Кальвіна. Подолати ці труднощі мені допомогли уважний розгляд схеми процесу фотосинтезу у хлоропласті та повторне читання підсумків параграфа.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені правильно доглядати за кімнатними рослинами та розсадою вдома, добираючи оптимальне освітлення й режим поливу, а також розуміти принцип роботи фітоламп для вирощування рослин у зимовий період.