Фотосинтез и хемосинтез

Тема урока: Фотосинтез и хемосинтез 📚

Цели урока 🎯

• Разобраться, что происходит в световой и темновой фазах и где именно ☀️

• Понять, чем хемосинтез похож на фотосинтез и чем отличается 🦠

• Научиться решать задачи по уравнению фотосинтеза ✅

Основная часть урока 📝

1. Автотрофы и хлоропласт 🤔

Автотрофы сами создают органические вещества из неорганических: фототрофы — за счёт света (растения, цианобактерии), хемотрофы — за счёт химических реакций (некоторые бактерии). Гетеротрофы получают готовую органику.

Фотосинтез — образование органических веществ из CO₂ и воды за счёт энергии света. Идёт в хлоропластах: внутри них стопки мешочков-тилакоидов (стопка — грана) с хлорофиллом в мембранах, а пространство между ними — строма.

2. Световая фаза ☀️

Идёт в мембранах тилакоидов, только на свету.

1. Квант света возбуждает хлорофилл: его электрон получает энергию и уходит по цепи переносчиков.

2. Потерю хлорофилл восполняет за счёт фотолиза воды — расщепления воды светом: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂. Кислород уходит в атмосферу.

3. Энергия электронов идёт на синтез АТФ, а ионы водорода восстанавливают переносчик НАДФ⁺ до НАДФ·H.

Продукты световой фазы: АТФ, НАДФ·H и O₂. Органических веществ пока нет, а кислород образуется из воды, а не из CO₂.

3. Темновая фаза 🌙

Идёт в строме хлоропласта. Свет не нужен, но фаза идёт и днём: ей нужны АТФ и НАДФ·H из световой фазы.

• CO₂ из воздуха связывается с органическим веществом — фиксация углекислого газа 🌬

• В цепочке реакций — цикле Кальвина — CO₂ восстанавливается до глюкозы за счёт энергии АТФ и водорода НАДФ·H 🔁

Суммарное уравнение: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (на свету, в хлоропластах).

Сравнение фаз «признак → световая → темновая»: место → тилакоиды → строма; свет → нужен → не нужен; что поглощается → вода и свет → CO₂, АТФ, НАДФ·H; что образуется → АТФ, НАДФ·H, O₂ → глюкоза.

4. Хемосинтез 🦠

Хемосинтез (открыл С. Н. Виноградский, 1887) — тоже синтез органики из CO₂, но энергию бактерии берут от окисления неорганических веществ:

• Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов — азот становится доступным растениям 🌱

• Серобактерии окисляют сероводород; железобактерии — соединения железа; водородные — водород 🔥

Сравнение «признак → фотосинтез → хемосинтез»: источник углерода → CO₂ → CO₂; источник энергии → свет → окисление неорганических веществ; хлорофилл → есть → нет; организмы → растения, цианобактерии → только бактерии; кислород → выделяется → нет.

5. Решаем задачи ✅

Задача 1. Сколько молекул O₂ выделится и сколько CO₂ поглотится при образовании 3 молекул глюкозы?

1. По уравнению на 1 глюкозу: 6 CO₂ поглощается, 6 O₂ выделяется.

2. 3 × 6 = 18 CO₂; 3 × 6 = 18 O₂. Ответ: 18 O₂, 18 CO₂.

Задача 2. При фотолизе разложилось 12 молекул воды. Сколько молекул кислорода и сколько ионов H⁺ образовалось?

1. Уравнение фотолиза: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂, то есть из 2 молекул воды — 1 молекула O₂ и 4 иона H⁺.

2. O₂: 12 / 2 = 6 молекул. H⁺: 12 × 2 = 24 иона.

3. Ответ: 6 O₂ и 24 H⁺. Проверка: 6 × 4 = 24 — верно.

Типичные ошибки ⚠️

• ❌ Писать, что кислород образуется из CO₂. ✅ Кислород — продукт фотолиза воды в световой фазе.

• ❌ Считать, что темновая фаза идёт только ночью. ✅ Она не требует света, но идёт и днём.

• ❌ Относить хемосинтез к гетеротрофному питанию. ✅ Хемосинтетики — автотрофы: строят органику из CO₂.

Мини-конспект 📋

• Фотосинтез: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, в хлоропластах.

• Световая фаза: тилакоиды; фотолиз воды → O₂; синтез АТФ; НАДФ⁺ → НАДФ·H.

• Темновая фаза: строма; фиксация CO₂, цикл Кальвина, глюкоза за счёт АТФ и НАДФ·H.

• Хемосинтез (Виноградский, 1887): энергия окисления NH₃, H₂S, Fe²⁺; бактерии-автотрофы, без хлорофилла и без O₂.

Зачем это нужно? 🚀

• Кислород атмосферы и озоновый экран — результат фотолиза воды в хлоропластах 🌍

• Нитрифицирующие бактерии в почве — бесплатные «химзаводы» круговорота азота 🌱