Тема урока: "Основы цитологии.
Фотосинтез, хемосинтез"

Программа авторского коллектива под рук. В.В. Пасечника

МОУ гимназии № 10 г. Мурманска
Учитель: Подмятникова Л.С., учитель биологии, победитель конкурса лучших учителей РФ (НППО)

11 класс

Цели:

1. Учащиеся должны усвоить понятия «световая и темновая фазы фотосинтеза, цикл Кальвина, фотолиз воды, фотосинтетическое фотофосфорилирование, фотосистемы I и II»; знать сущность фаз фотосинтеза, значение в природе и жизни человека. Пути повышения эффективности фотосинтеза.

2. Учащиеся должны уметь устанавливать причинно-следственные связи между строением хлоропласта и хлорофилла и их функцией, самостоятельно прорабатывать учебный материал, давать устный аргументированный ответ, делать выводы.

3. Способствовать формированию научного мировоззрения у обучающихся.

Оборудование: таблицы по общей биологии, презентация «Фотосинтез», мультимедийный проектор.

Форма учебной деятельности: семинарское занятие, 2 часа

Ход занятия.

I. ВВЕДЕНИЕ В ТЕМУ. АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ.

Одна из сторон жизни клетки – энергообеспечение. Являясь открытыми системами, клетки используют внешние источники энергии: энергию пищи, света. Эта энергия предварительно преобразуется в универсальную форму АТФ, которая затем используется на различные процессы, протекающие в клетке. На прошлом занятии мы выяснили механизмы такого преобразования – дыхание и брожение. В ходе этих процессов происходит окислительное фосфорилирование.
- В чём сущность реакций фосфорилирования?
Ещё один способ запасания энергии АТФ – фотофосфорилирование, происходящее в клетках растений, бактерий-фотосинтетиков, цианобактерий. В этом процессе используется энергия света.
- Как называется этот процесс?
Фотосинтез – совокупность физических и химических процессов, в ходе которых происходит преобразование энергии света в энергию химических связей органических веществ.
- Каков механизм этого процесса?

II. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

1. История изучения фотосинтеза.
Механизм фотосинтеза изучается более 300 лет:

• работы Ван Гельмонта,
• Д. Пристли (1771 г, «растения исправляют испорченный дыханием воздух» - особое дыхание растений);
• Я Ингегауз (1779 г, доказал, что условием удачного опыта Пристли является свет);
• Ж Сенебье, Т. Соссюр (1804 г., доказали, что это процесс углеродного питания растений);
• Пфеффер (1877 г, термин «фотосинтез»
• К.А. Тимирязев (конец 19 – начало 20вв, опыты по изучения влияния различных областей спектра на эффективность фотосинтеза).

Главную роль в этом процессе играют пигменты растений, содержащиеся в хлоропластах.

2. Особенности строения хлоропластов. Пигменты фотосинтеза – устный ответ, обсуждение

Дополнительная информация.
Основу хлорофилловой молекулы составляет Mg–порфириновый комплекс. Кроме того, имеются различные заместители, например фитол, метанол (многоатомные спирты), придающие молекуле хлорофилла способность встраиваться в липидный слой мембраны тилакоида. Порфироиновое кольцо состоит из 4 гетероциклов. Головка молекулы гидрофильна. Чередование двойных и одинарных связей приводит к большой подвижности электронов. «Хвост» молекулы, состоящий из фитола и метанола – многоатомных спиртов, - гидрофобен. Хлорофиллы физиологически активны только в связанной с белками форме. Существует несколько видов хлорофиллов (a, b, c, d), отличающихся системой связей и заместителями, а, следовательно, и спектрами поглощения. Высшие растения и водоросли содержат в качестве основного пигмента хлорофилл a; в качестве дополнительного – хлорофилл b (зелёные водоросли), хлорофилл с (бурые и диатомовые водоросли), хлорофилл d (красные водоросли).

Рис 1. Схема строения молекулы	Рис 2.Спектр поглощения хлорофиллов хлорофилла

Задание 1. (см. рабочий лист). В листьях, кроме хлорофиллов, содержатся и другие пигменты – каротиноиды. Какова роль разных видов хлорофиллов и каротиноидов в процессе фотосинтеза?
Проверка выполнения.
Пигменты образуют фотосистемы (200 – 400 мол). В фотосистеме все молекулы поглощают фотоны, но только 1 молекула находится в реакционном центре. Значение центра – концентрация энергии света за счёт молекул-коллекторов и передача на 1 молекулу хлорофилла.

3. Механизм фотосинтеза. Световая фаза – устный ответ, обсуждение.
- Как возникает протонный потенциал в тилакоиде граны?
- Каково его значение?
- Какую роль играет НАДФ?
- Какое вещество служит источником О₂ ?

4. Механизм фотосинтеза. Темновая фаза – устный ответ, обсуждение.
- Какие типы реакций происходят в темновую фазу?
Эту реакцию катализирует фермент, являющийся самым распространённым белком на Земле – рибулозодифосфаткарбоксилаза (РДФК)

Задание 2. В процессе фотосинтеза участвуют молекулы органических и неорганических веществ, протоны и электроны. Раскройте их роль, заполнив таблицу.

Проверка выполнения.
Итак, суммарное уравнение фотосинтеза:

5. Типы фотосинтеза (дополнительная информация)
А) С4 –фотосинтез
Существуют так называемые С4 –растения, у которых фотосинтез может протекать при низких концентрациях СО2 . в клетках мезофилла этих растений имеется особый фермент, который способствует присоединению СО2 к фосфоенолпировиноградной кислоте с образованием четырёхуглеродного соединения ЩУК., в составе которого временно удерживается СО2. затем она переходит в другие части листа (в клетки обкладки пучка), где СО2 отщепляется и накапливается в количествах, необходимых для фотосинтеза, протекающего при высоких температурах. Такой тип фотосинтеза выработалсяв процессе эволюции у растений жарких, засушливых мест (кукуруза, сахарный тростник, сорго).
Б) САМ- растения.
Существует ещё один путь фиксации СО2 – так называемый кислотный метаболизм толстянковых (САМ, от Crassulaceae acid metabolism). К САМ-растениям относятся кактусы, молочаи и другие суккуленты, которые живут в условиях пустынь. Эти растения запасают СО2 в виде органических кислот ночью, когда устьица открыты, а днём осуществляют фотосинтез, отщепляя СО2 от этих кислот.

В) Бактериальный фотосинтез.
Фотосинтезирующие бактерии (зелёные серные, пурпурные серные и пурпурные несерные) обитают в пресной и морской воде, в серных источниках, во влажной почве и т.п. для них характерны примитивные, древнейшие формы фотосинтеза. Бактерии в отличие от растений не способны использовать воду в качестве субстрата для синтеза, поэтому бактериальный фотосинтез протекает без выделения кислорода.в клетках бактерий нет пластид; они заменены тилакоидами, образующимися в результате выпячивания плазмалеммы. В тилакоидах находятся фотосинтезирующие пигменты и осуществляется световая фаза фотосинтеза, а темновая фаза проходит в цитоплазме. Пигментные системы бактерий несколько отличаются от растительных. Бактериальные пигменты называются бактериохлорофиллами. Известно 5 типов таких пигментов. Почти у всех бактерий найдены ферменты цикла Кальвина. Зелёные бактерии используют в качестве доноров электронов сероводород, серу или тиосульфат, а пурпурные бактерии – карбоновые и дикарбоновые кислоты, спирты и др. фотосинтезирующие бактерии занимают промежуточное положение между древними анаэробными бактериями, осуществляющими брожение, и появившимися позднее водорослями и растениями (рис 3).

Рис 3 . Схема эволюции фотосинтеза

6. Значение фотосинтеза – устный ответ, обсуждение
Задание 3*. Приведите доказательства, подтверждающие следующие суждения:
- эволюция автотрофов обусловлена изменениями среды;
- автотрофы привели к изменению среды.

7. Хемосинтез.
Задание 4*. Сравните процессы фотосинтеза и хемосинтеза. Данные занесите в таблицу

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Итак, появление фотосинтеза было переломным моментом в эволюции. Он послужил началом бурного развития громадного разнообразия форм и того расцвета жизни на Земле, который мы наблюдаем в настоящее время.

IV. Д \ З
Подготовиться к см «Энергетический обмен», §§ 22, 23.