Связаться с Дарьей Борисовной
Купить курс, уточнить условия и спросить любой вопрос
Первое занятие бесплатно!
Ты получишь индивидуальный план подготовки,
таблицу личной статистики и карту сильных и слабых сторон
таблицу личной статистики и карту сильных и слабых сторон
Нажимая кнопку 'Отправить', вы автоматически даете согласие с 'Политикой обработки персональных данных'.
Фотосинтез на ЕГЭ по биологии: световая и темновая фаза
Фотосинтез: темновая и световая фаза для ЕГЭ по биологии
Фотосинтез — одна из важных тем при подготовке к ЕГЭ по биологии. Чтобы правильно выполнять задания, недостаточно запомнить, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Нужно понимать, где протекают световая и темновая фазы фотосинтеза, откуда берётся кислород, для чего нужны АТФ и НАДФ·Н и как происходит образование органических веществ.
В этой статье онлайн-школы bioved разберём фотосинтез последовательно, с понятными объяснениями, таблицами и примерами заданий ЕГЭ.
Что такое фотосинтез в биологии?
Фотосинтез — это процесс образования органических веществ из неорганических с использованием энергии света.
При фотосинтезе световая энергия преобразуется в химическую энергию, которая впоследствии запасается в органических соединениях.
Фотосинтез обеспечивает образование органических веществ, служащих источником энергии и строительным материалом для живых организмов.
Общее уравнение фотосинтеза
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑
Реакция протекает с использованием энергии света и при участии фотосинтетических пигментов.
Из уравнения необходимо запомнить:
- CO₂ — источник углерода для синтеза органических веществ.
- H₂O — источник электронов для световых реакций кислородного фотосинтеза.
- C₆H₁₂O₆ — глюкоза, один из углеводов, которые могут образовываться в результате фотосинтеза.
- O₂ — кислород, выделяющийся при расщеплении воды.
Важно для ЕГЭ: кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется из воды, а не из углекислого газа.
Приведённое уравнение является сокращённой суммарной записью процесса. В действительности фотосинтез включает большое количество последовательных биохимических реакций.
Где происходит фотосинтез?
У растений фотосинтез осуществляется в хлоропластах — двумембранных органоидах, содержащих фотосинтетические пигменты.
Чтобы разобраться в двух фазах фотосинтеза, необходимо знать строение хлоропласта.
Основные структуры:
1. Наружная и внутренняя мембраны. Ограничивают хлоропласт и отделяют его содержимое от цитоплазмы.
2. Строма. Внутренняя жидкая среда хлоропласта. В строме происходят реакции цикла Кальвина, связанные с фиксацией CO₂ и образованием углеводов.
3. Тилакоиды. Уплощённые мембранные структуры. В мембранах тилакоидов расположены фотосистемы, электрон-транспортные компоненты и АТФ-синтаза.
4. Граны. Стопки тилакоидов. С ними связаны реакции световой фазы фотосинтеза.
5. Хлорофилл. Фотосинтетический пигмент, поглощающий световую энергию. Наиболее активно хлорофиллы поглощают свет в синей и красной областях спектра.
Запомни главное правило:
Световая фаза — мембраны тилакоидов. Темновая фаза — строма хлоропласта.
Это одно из базовых различий, которые необходимо знать для выполнения заданий ЕГЭ по биологии.
Световая фаза фотосинтеза: процессы и продукты
Световая фаза фотосинтеза — совокупность реакций, для которых непосредственно необходима энергия света.
Место протекания: мембраны тилакоидов хлоропластов.
Главная задача световой фазы — преобразовать энергию солнечного света в химическую энергию АТФ и восстановленного НАДФ (НАДФ·Н, или НАДФН).
Рассмотрим механизм поэтапно.
1. Поглощение света хлорофиллом
Фотоны света поглощаются молекулами пигментов фотосистем.
Полученная энергия передаётся реакционному центру, что приводит к возбуждению электронов хлорофилла.
Электроны переходят на более высокий энергетический уровень и могут передаваться по электрон-транспортной цепи.
2. Фотолиз воды
Фотолиз воды — расщепление молекул воды с использованием энергии света.
В ходе этого процесса образуются электроны, протоны водорода и молекулярный кислород.
Суммарное уравнение:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Электроны воды восполняют потерю электронов реакционным центром фотосистемы II.
Протоны участвуют в создании электрохимического градиента.
Кислород выделяется как побочный продукт фотосинтеза.
Ловушка ЕГЭ: фотолиз воды происходит в световую фазу, поэтому образование выделяемого кислорода связано именно с ней.
3. Синтез АТФ
При переносе электронов по электрон-транспортной цепи создаётся разность концентраций протонов по обе стороны мембраны тилакоида.
Протоны перемещаются через фермент АТФ-синтазу, благодаря чему происходит синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата.
Этот процесс называется фотофосфорилированием.
АТФ — универсальный переносчик энергии в клетке. В дальнейшем образованная АТФ используется в цикле Кальвина.
4. Образование НАДФ·Н
В результате работы фотосистем и переноса электронов происходит восстановление НАДФ⁺ до НАДФ·Н.
НАДФ·Н служит переносчиком электронов и восстановительных эквивалентов, необходимых для образования органических веществ из CO₂.
Итоги световой фазы фотосинтеза
В световой фазе:
- Поглощается энергия света.
- Происходит фотолиз воды.
- Выделяется молекулярный кислород.
- Синтезируется АТФ.
- Образуется восстановленный НАДФ — НАДФ·Н.
Главные продукты световой фазы: АТФ, НАДФ·Н и O₂.
При этом АТФ и НАДФ·Н используются для реакций темновой фазы, а кислород может выделяться в окружающую среду.
Темновая фаза фотосинтеза: цикл Кальвина
Темновая фаза фотосинтеза, или светонезависимые реакции, представляет собой комплекс ферментативных реакций фиксации CO₂ и образования углеводов.
Место протекания: строма хлоропласта.
Основной процесс темновой фазы — цикл Кальвина.
В отличие от световой фазы, реакции цикла Кальвина не требуют непосредственного поглощения фотонов. Однако для их протекания необходимы АТФ и НАДФ·Н, образующиеся в световых реакциях.
Поэтому название «темновая фаза» не означает, что она обязательно осуществляется ночью.
Этап 1. Фиксация углекислого газа
Углекислый газ поступает в растение из атмосферы, главным образом через устьица листьев.
В строме хлоропласта CO₂ присоединяется к пятиуглеродному соединению — рибулозо-1,5-бисфосфату (РуБФ).
Реакцию катализирует фермент РуБисКО.
Образовавшееся неустойчивое шестиуглеродное соединение распадается на две молекулы трёхуглеродной 3-фосфоглицериновой кислоты.
Таким образом, неорганический углерод включается в состав органических соединений.
Этап 2. Восстановление
На следующем этапе используются продукты световой фазы — АТФ и НАДФ·Н.
АТФ обеспечивает реакции необходимой энергией, а НАДФ·Н предоставляет восстановительные эквиваленты.
В результате образуется трёхуглеродный углевод — глицеральдегид-3-фосфат (Г3Ф).
Часть образовавшихся соединений впоследствии используется для синтеза глюкозы, сахарозы, крахмала и других органических веществ.
Этап 3. Регенерация акцептора CO₂
Большая часть образовавшегося Г3Ф используется для восстановления запаса рибулозо-1,5-бисфосфата.
Благодаря этому цикл Кальвина может повторяться и обеспечивать дальнейшую фиксацию углекислого газа.
Для регенерации акцептора CO₂ также необходима энергия АТФ.
Итоги темновой фазы фотосинтеза
В темновой фазе:
- Происходит фиксация CO₂.
- Расходуется АТФ.
- НАДФ·Н окисляется до НАДФ⁺.
- Образуются трёхуглеродные органические соединения, из которых впоследствии синтезируются углеводы.
- Регенерируется акцептор углекислого газа.
Главный результат темновой фазы — включение углерода CO₂ в органические соединения.
Для школьной схемы это часто упрощают до образования глюкозы, хотя непосредственным продуктом, выходящим из цикла Кальвина, является трёхуглеродный Г3Ф.
Фотосинтез: световая и темновая фаза