Вопросы и упражнения

1. Укажите, какие вещества образуются в световой стадии фотосинтеза, а какие в темновой. Какие при этом должны соблюдаться условия?
Ответ:
В световой стадии фотосинтеза образуются следующие вещества:

1. АТФ (аденозинтрифосфат) - основной энергетический носитель в клетке. АТФ образуется в фотосистеме II в процессе фотофосфорилирования.

2. НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) - кофермент, который принимает электроны и протоны в фотохимической реакции. НАДФН образуется в фотосистеме I.

3. Кислород (O₂) - выделяется в результате фотолиза воды в фотосистеме II. Кислород служит побочным продуктом фотосинтеза.

В темновой стадии фотосинтеза образуются органические вещества, включая глюкозу и другие углеводы. В этой стадии используются полученные в световой стадии АТФ и НАДФН для фиксации углекислого газа (СО₂) и синтеза органических соединений.

Условия, необходимые для фотосинтеза, включают:

1. Наличие света - фотосинтез является светозависимым процессом, и требуется энергия света для запуска фотохимических реакций.

2. Наличие хлорофилла и других пигментов - хлорофилл и другие пигменты поглощают световую энергию и передают ее в фотосинтетические системы.

3. Доступность углекислого газа (СО₂) - углекислый газ служит источником углерода для фиксации в органические соединения.

4. Доступность воды (Н₂О) - вода участвует в фотолизе, предоставляя электроны и протоны для фотохимических реакций.

5. Наличие ферментов и других белков, необходимых для проведения фотосинтеза.

При соблюдении этих условий растения могут эффективно осуществлять фотосинтез, использовать энергию света для синтеза органических веществ и выпускать кислород в окружающую среду.

2. Почему при фотосинтезе энергия солнечного света, падающего на лист, переходит в химическую энергию органических соединений с эффективностью всего около 1—2%? Какова судьба остальной энергии?
Ответ:
При фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию органических соединений с низкой эффективностью около 1—2% из-за нескольких факторов.

Один из главных факторов - ограниченный спектр поглощения света хлорофиллом, основным пигментом фотосинтеза. Часть энергии, содержащейся в солнечном свете, находится в спектральных областях, которые не поглощаются хлорофиллом и, следовательно, не могут быть использованы для фотосинтеза.

Также процесс фотосинтеза сопровождается потерями энергии. Некоторая энергия рассеивается в виде тепла или флуоресценции, в то время как другая энергия требуется для различных клеточных процессов, таких как передвижение и обслуживание клеточных структур.

Судьба остальной энергии, которая не используется для фотосинтеза, может быть различной. Например, она может рассеиваться в виде тепла или использоваться в других клеточных реакциях. Кроме того, часть энергии может быть передана другим организмам в пищевой цепи, когда растения служат источником питания для других организмов.

В целом, эффективность превращения солнечной энергии в химическую энергию ограничена физическими и биологическими факторами, и лишняя энергия может быть использована или рассеяна в различных процессах внутри клеток и экосистем.

3. В настоящее время говорят об экологических аспектах фотосинтеза. Как вы это понимаете?
Ответ:
Экологические аспекты фотосинтеза относятся к влиянию и роли процесса фотосинтеза на окружающую среду и экосистемы. Фотосинтез, осуществляемый растениями и некоторыми другими организмами, играет важную роль в поддержании баланса в природных системах и обеспечении жизненной активности различных организмов.

Одним из ключевых аспектов является роль фотосинтеза в цикле углерода. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ из атмосферы и используют его для производства органических соединений, освобождая кислород в процессе. Таким образом, фотосинтез помогает регулировать уровень углекислого газа в атмосфере и влияет на глобальный климат.

Кроме того, фотосинтез играет важную роль в пищевых цепях и биологическом разнообразии. Растения, осуществляющие фотосинтез, являются первичными продуцентами, предоставляя энергию и питательные вещества другим организмам в экосистеме. Они создают основу для пищевых сетей и обеспечивают жизненное пространство для различных видов растений и животных.

Однако изменения в окружающей среде, такие как изменение климата и антропогенное воздействие, могут оказывать негативное влияние на фотосинтез и экосистемы в целом. Изучение экологических аспектов фотосинтеза позволяет понять эти взаимосвязи и разрабатывать стратегии для сохранения и восстановления экологической устойчивости, улучшения качества окружающей среды и поддержания биологического разнообразия.

4. Сравните хемосинтез и фотосинтез по следующим признакам: что является источником энергии; откуда берутся электроны и протоны; в виде чего запасается энергия; какое соединение углерода используется для синтеза органических веществ.
Ответ:
Сравнение хемосинтеза и фотосинтеза по указанным признакам:

1. Источник энергии:

- Фотосинтез: Источником энергии является световая энергия, поглощаемая хлорофиллом и другими пигментами при фотосинтезе.

- Хемосинтез: Источником энергии являются химические реакции, в результате которых происходит выделение энергии.

2. Источник электронов и протонов:

- Фотосинтез: Электроны и протоны берутся из воды, которая разлагается на кислород, электроны и протоны в процессе фотосинтеза.

- Хемосинтез: Электроны и протоны могут браться из различных источников, таких как органические или неорганические соединения, в зависимости от хемосинтезирующего организма.

3. Запас энергии:

- Фотосинтез: В фотосинтезе энергия запасается в виде химических соединений, таких как глюкоза, которые служат источником энергии для клеток.

- Хемосинтез: Энергия может запасаться в виде различных химических соединений, таких как АТФ (аденозинтрифосфат) или других органических молекул, в зависимости от хемосинтезирующего организма.

4. Соединение углерода для синтеза органических веществ:

- Фотосинтез: В фотосинтезе углекислый газ (СО₂) используется в качестве источника углерода для синтеза органических веществ.

- Хемосинтез: В хемосинтезе организмы могут использовать различные соединения углерода, включая органические и неорганические соединения, в зависимости от их метаболических путей и окружающей среды.

Таким образом, фотосинтез и хемосинтез различаются по источнику энергии, происхождению электронов и протонов, форме запаса энергии и используемому соединению углерода для синтеза органических веществ.