Тема: Фотосинтез та його значення.
Мета: Поглибити знання про фотосинтез . Познайомити з історією відкриття фотосинтезу. Розвивати навички розпізнавання світлової і темнової фази фотосинтезу, механізм використання енергії світла у гранохоропластів. Виховувати дбайливе ставлення до зелених рослин , як основного джерела кисню.
Міжпредметні зв’язки : хімія, фізика, екологія , сільське господарство.
Обладнання: таблиці « Фотосинтез», « Зелена лабораторія»,портрет Тімерязіва, кімнатні рослини.
Методи і методичні прийоми:
Словесний: бесіда, розповідь , пояснення.
2.Наочний: демонстрування таблиці « Фотосинтез», « Зелена лабораторія»,портрет Тімерязіва, кімнатні рослини, презентація уроку
Тип уроку: засвоєння нових знань умінь та навичок.
Структура уроку:
1.Актуалізація опорних знань і умінь учнів…………………………2хв.
2.Мотивація навчальної діяльності ............................................... 3 хв.
3.Вивчення нового матеріалу ........................................................ 30 хв.
4.Закріплення вивченого матеріалу……….................................... 8 хв.
5.Домашнє завдання…………………………........................ ……. 2 хв.
Література:
Биологи: Биографический справочник.— К.: Наукова думка, 1984.
2.Вилли К., Детье В. Биология.— М.: Мир, 1974.
3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3 т.— М.: Мир, 1990.
4. Кемл П., Армс К. Введение в биологию.— М.: Мир, 1988.
5. Яковлєва Є.В. Уроки біології 10кл. –Просвіта-2000р.
Інтернет джерела:
https://mozok.click/1059-fotosintez-svtlova-ta-temnova-fazi.html
Хід уроку:
Актуалізація опорних знань і умінь учнів.
Що таке фотосинтез?
В чому полягає його суть?
Яну роль відіграють в цьому процесі флоропласти?
Чим живляться рослини?
Яке значення має світло для життя рослини?
2.Мотивація навчальної діяльності .Перші досліди по фотосинтезу були проведені Джозефом Прістлі в 1770—1780-их роках, коли він звернув увагу на «псування» повітря в герметичній посудині свічкою (повітря переставало бути здатним підтримувати горіння, поміщені в нього тварини задихалися), що горіла, і «виправлення» його рослинами. Прістлі зробив висновок, що рослини виділяють кисень, необхідний для дихання і горіння, проте не відзначив, що для цього рослинам потрібне світло. Це показав незабаром Ян Інгенхауз.Пізніше було встановлено, що, крім виділення кисню, рослини поглинають вуглекислий газ і за участю води синтезують на світлі органічну речовину. У 1842 Роберт Майер на підставі закону збереження енергії постулював, що рослини перетворюють енергію сонячного світла в енергію хімічних зв'язків. У 1877 Вільгельм Пфеффер назвав цей процес фотосинтезом. Хлорофіл був вперше виділений в 1818 році П. Ж. Пелетьє і Жозефом Каванту. Розділити пігменти і вивчити їх окремо вдалося М. С. Цвєту за допомогою створеного ним методу хроматографії. Спектри поглинання хлорофілу були вивчені К. А. Тімірязєвим, він же, розвиваючи положення Майера, показав, що саме поглинені дозволяють підвищити енергію системи, створивши замість слабких зв'язків С-О і О-Н високоенергетичні С-С (до цього вважалося, що у фотосинтезі використовуються жовті промені, що не поглинаються пігментами листка). Зроблено це було завдяки створеному ним методу обліку фотосинтезу по поглиненому CO2, в ході експериментів по освітленню рослини світлом різних довжин хвиль (різного кольору) виявилося, що інтенсивність фотосинтезу співпадає із спектром поглинання хлорофілу.Окислювально-відновну суть фотосинтезу (як оксигенного, так і аноксигенного) постулював Корнеліс ван Ніль. Це означало, що кисень у фотосинтезі утворюється повністю з води, що експериментально підтвердив в 1941 О. П. Виноградов в дослідах з ізотопною міткою. У 1937 Роберт Хілл встановив, що процес окиснення води (і виділення кисню), а також асиміляції CO2, можна роз'єднати. У 1954—1958 Деніел І. Арнон встановив механізм світлових стадій фотосинтезу, а суть процесу асиміляції CO2 була розкрита Мельвіном Кальвіном з використанням ізотопів вуглецю в кінці 1940-х, за цю роботу в 1961 йому була присуджена Нобелівська премія.У 1955 була виділена і очищена Rubisco. С4 фотосинтез був описаний Ю. С. Карпиловим в 1960 і М. Д. Хетчем и К. Р. Слеком в 1966.
3.Вивчення нового матеріалу
Фотоси́нтез (від грец. φωτο- — світло та грец. σύνθεσις — синтез, сукупність) — процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів: (хлорофіл у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій), часто з виділенням кисню як побічного продукту. Це надзвичайно складний процес, що включає довгу послідовність координованих біохімічних реакцій. Він відбувається у вищих рослинах, водоростях, багатьох бактеріях, деяких археях і найпростіших — організмах, відомих разом як фототрофи. Сам процес відіграє важливу роль у кругообігу вуглецю у природі.
Узагальнене рівняння фотосинтезу (брутто-формула) має вигляд:
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Типи фотосинтезу: Розрізняють оксигенний і аноксигенний типи фотосинтезу. Оксигенний найбільш поширений, його здійснюють рослини, ціанобактерії і прохлорофіти. Аноксигенний фотосинтез проходить у пурпурних, деких зелених бактеріях та геліобактеріях.
Світлова фаза фотосинтезу
Процесом, в ході якого з’являються енергонасичені молекули і АТФ-з’єднання, називається світлова фаза фотосинтезу. Головною умовою і чинником протікання цієї фази є наявність світлової енергії. Механізм забезпечення такого перетворення як світлова фаза фотосинтезу схематично можна представити таким чином. Хлорофіл, який знаходиться на мембранах в хлоропластах рослин, поглинає світлові потоки сонячної енергії. Потім ця енергія сприяє з’єднанню елементів фосфорної кислоти з елементами молекул АТФ і АДФ. Однак і на цьому робота енергії світла не закінчується. Крім впливу на процес злиття молекул, ця енергія дає можливість здійснити реакцію розщеплення елементів води. Тут світлова фаза фотосинтезу протікає у вигляді реакції 2H20 = 4H + + 4e-+ O2. Як бачимо, результатом цієї реакції виступає виділився кисень, який потім у вільній формі просто надходить у природне оточення. Наступним етапом, в ході якого реалізується світлова фаза фотосинтезу, є активізація молекул хлорофілу. У ході цього процесу під впливом квантів світла електрон молекули хлорофілу переміщається на більш високий електронний рівень в структурі молекули. Каталізаторами і переносниками цього електрона виступають елементи білків хлоропласта. Проходячи через деяку послідовність даних білків-переносників, електрон молекули хлорофілу змушений втрачати свою енергію, і витрачається вона на підтримання окислювально-відновного процесу в молекулах АТФ. Втратили таким чином свою енергію і елементи (електрони), молекули хлорофілу відновлюються за рахунок приєднання електронів, які з’явилися в результаті протікання вже згадуваної вище реакції розщеплення молекули води. Утворений ж водень у процесі цього розщеплення синтезується з іншою речовиною, яке буде здатне виконувати роль його транспортера в межах хлоропласта. Сумарне рівняння світлової фази фотосинтезу: 12Н2О + 12НАД + 12АДФ + 12Н3РО4 — 12НАДхН2 + 12АТФ + 02
Темнова фаза фотосинтезу
Темнова фаза фотосинтезу протікає в іншій частині аркуша – в стромі його хлоропластів. По закінченню світлової фази рослина встигає запастися значною кількістю енергетичних молекул – АТФ і НАДФ Н2, отже, участь світла більше не є необхідним. Саме за допомогою цих молекул відбувається синтез органічних елементів. Логічно, що завдання енергетичної молекули АТФ – постачання енергії для здійснення процесів синтезу, в той час як роль НАДФ Н2 – відновлення. На початку цієї фази молекула відновника окислюється, завдяки чому зникають два атоми водню, що на виході дає чисту молекулу НАДФ. У той же час АТФ віддає залишок фосфорної кислоти, перетворюючись на АДФ. Ці два процеси відбуваються в матриксі листа. Знов отримані молекули після цього повертаються в межі листя, що дає можливість повторити весь процес світлової фази. Однак і це не є ключовим процесом фотосинтезу, ми лише позначили циклічність і послідовність операцій, що відбуваються в листках. Кінцевим продуктом даної фази стає глюкоза – органічна сполука, який відносять до простих цукрів. Вперше докладно описати синтез цієї молекули зміг Мелвін Кальвін. З’ясувалося, що обидві молекули, розглянуті в рамках світлової фази, – енергетична і відновник – беруть участь у процесах синтезу. Крім того, важливими елементами для утворення простих цукрів є 6 молекул вуглекислого газу (CO2), 24 атомів водню, 6 молекул води: Кінцеве рівняння фотосинтезу 6СО2 + 24Н + АТФ С6Н12О6 + 6Н2O. Темнова фаза фотосинтезу важлива рослинам тому, що крім глюкози в цей період утворюються різні амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти і гліцерин.
Виділяють три етапи фотосинтезу: фотофізичний, фотохімічний та хімічний. На першому етапі відбувається поглинання фотонів світла пігментами, їх перехід в збуджений стан і передача енергії до інших молекул фотосистеми. На другому етапі відбувається розділення зарядів в реакційному центрі, перенесення електронів по фотосинтетичному електронотранспортному ланцюзі, що закінчується синтезом АТФ і НАДФН. Перші два етапи разом називають світлозалежною стадією фотосинтезу. Третій етап відбувається вже без обов'язкової участі світла і включає біохімічні реакції синтезу органічних речовин з використанням енергії, накопиченої на світлозалежній стадії. Найчастіше в якості таких реакцій розглядається цикл Кальвіна і глюконеогенез, утворення цукрів і крохмалю з вуглекислого газу повітря.
Значення фотосинтезу
Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, фотосинтезуючі автотрофи використовують її для утворення органічних речовин з неорганічних, гетеротрофи існують за рахунок енергії хімічних зв'язків, запасеної автотрофами, вивільняючи її в процесах аеробного та анаеробного дихання. Енергія, отримувана людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є запасеною в процесі фотосинтезу.
Фотосинтез є головним методом залучення неорганічного вуглецю в біологічний цикл. Весь кисень атмосфери біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окиснювальної атмосфери повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання, а надалі, після утворення озонового шару, дозволило життю вийти на сушу.
4.Закріплення вивченого матеріалу.
Завнити таблицю :
Фази фотосинтеза | Характеристика |
| |
5.Домашнє завдання
Опрацювати параграф
