Конспект інтегрованого уроку з біології та хімії по темі " Фотосинтез".

ІНТЕГРОВАНИЙ УРОК  З БІОЛОГІЇ ТА ХІМІЇ.

Тема. Пластиди. Фотосинтез.

Мета уроку: розглянути особливості будови та функції двомембранних органел на прикладі пластид; проаналізувати зв’язок особливостей будови пластид із функціями, які вони виконують; ознайомити учнів із механізмами процесу фотосинтезу.

Обладнання й матеріали: таблиці «Будова рослинної клітини», «Будова тваринної клітини», презентація.

Базові поняття й терміни: клітина, двомембраніорганели, пластиди, хлоропласти, хромопласти, лейкопласти, фотосинтез, тилакоїди, грани, строма, ламели, прокаріотичні рибосоми.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди:

1. Які особливості будови мають мітохондрії?

2. Які функції виконують мітохондрії?

3. Які особливості будови мітохондрії дозволяють їй ефективно  виконувати свої функції?

Робота зі слайдами 2,3.

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Пластиди (від грец. plastos - утворений, виліплений, оформлений) - основні органели рослин та водоростей. Покриті подвійною мембраною і мають в своєму складі багато копій кільцевої ДНК. Сукупність пластид клітини утворює пластидом. Пластиди відповідають за фотосинтез, забарвлення частин рослин  та зберігання харчових запасів. Диференціюються в наступні форми, залежно від потрібної для клітини функції:

- лейкопласти - незабарвлені пластиди (грец. lеіcos — білий), як правило виконують функцію запасання речовин. Наприклад, у лейкопластах бульб картоплі накопичується крохмаль. Лейкопласт вищих рослин може перетворюватися на хлоропласти або хромопласти. Розрізняють: акілопласти, які синтезують і нагромаджують крохмаль; протеїнопласти позбавлені гран, синтезують білки і відкладають їх у вигляді алейронових зерен (у насінні); олеопласти (від лат. oleum — олія), в яких утворюються і відкладаються олії (у клітинах насіння конопель, льону, рицини).

- хромопласти - пластиди, забарвлені в жовтий, червоний або помаранчевий колір (грец. chromos — забарвлений). Забарвлення хромопластів пов'язане з накопиченням в них каротиноїдів. Хромопласти визначають забарвлення осіннього листя, пелюсток квітів, коренеплодів, доспілих плодів. Форма хромопластів різна: куляста, тригранна, колоподібна, місяцеподібна.

- хлоропласти (з грец. chloros — зелений) - пластиди, що містять фотосинтезуючі пігменти — хлорофіли. Мають зелене забарвлення і складну внутрішню структуру. Мають вигляд двоопуклої рідше плоскоопуклої лінзи, діаметром 5–8 мкм. Зовні хлоропласт оточений гладкою ліпопротеїновою мембраною. Внутрішня оболонка утворює систему паралельних вгинань. Між ними знаходиться внутрішній простір - строма, в якій містяться тилакоїди (від грец. tylos — здуття i eidos — вигляд) - замкнуті сплющені мішечки. Великі тилакоїди розташовані поодиноко, а дрібніші зібрані у грани, що нагадують стопки монет. На мембрані тилакоїдів є АТФ-соми – структури, до складу яких входять ферменти, що забезпечують синтез молекул АТФ.

 У процесі розвитку рослин пластиди одного типу можуть перетворюватися на пластиди іншого типу. Це явище поширене в природі й особливо помітне під час достигання плодів, коли змінюється їхнє забарвлення. У більшості водоростей пластиди представлені хроматофорами (у клітині він зазвичай один, значних розмірів і має форму сітки, чаші, спіральної стрічки або зірчастої пластинки).

Ці органели виконують різні функції. У них можуть накопичуватися запасні поживні речовини. З допомогою різних пластид рослини забезпечують забарвлення окремих своїх частин у різний колір. Але найголовнішою функцією є здійснення фотосинтезу. Цю функцію виконують хлоропласти.

Пластиди, як і мітохондрії, є двомембранними органелами. їх форма може бути дуже різноманітною. Виділяють три основні типи пластид — хлоропласти (зелені), хромопласти (червоні, оранжеві або жовті) і лейкопласти (безбарвні). Мембрани пластид бувають зовнішньою і внутрішньою. Внутрішня мембрана хлоропластів утворює вирости — ламели. Ламели можуть утворювати окремі замкнені мішечки — тилакоїди. Тилакоїди можуть об’єднуватися у групи — грани, які з’єднуються між собою з допомогою ламел. Внутрішнє середовище пластид називається стромою. Як і мітохондрії, пластиди мають власну ДНК у формі кільцевих молекул і рибосоми прокаріотичного типу. Розмножуються вони шляхом поділу. У деяких випадках пластиди одного типу можуть перетворюватися на інший. Наприклад, у разі пожовтіння листя восени хлоропласти перетворюються на хромопласти.

Ці органели виконують різні функції. У них можуть накопичуватися запасні поживні речовини. З допомогою різних пластид рослини забезпечують забарвлення окремих своїх частин у різний колір. Але найголовнішою функцією є здійснення фотосинтезу. Цю функцію виконують хлоропласти. У результаті фотосинтезу з вуглекислого газу й води з допомогою сонячної енергії утворюються вуглеводи. Цей процес складається з двох основних фаз — світлової і темнової.

Із історії відкриття фотосинтезу:

- дослід Ван Гельмонта – голландського природослідника, який посадивши гілку верби близько 2 кг у бочку з грунтом близько 72 кг, через 5 років вияснив, що рослина стала масою близько 60 кг, а грунт став легшим лише на 1 кг;

- 1772 р – англ.. хімік Дж.Прістлі проводить досліди з мишами і робить висновок, що повітря зіпсоване гризунами під час дихання можна виправити за допомогою рослин;

-  1779 р. голландець Ян Інгенгауз досліджував елодею і зібрав газ, який виділяє рослина на світлі – кисень;

- 1817 р. фран. Фармацевти Пельтьє та Каванту вперше виділили із листків зелене «начинку» - хлорофіл;

- 1940 р. нім. вчений Ханс Фішер встановив структуру хлорофілу. Він визначив, що хлорофіл подібний до зеленого пуголовка: у цієї молекули плоска і квадратна голова – хлорофілін і довгий «хвіст» - фітол. У центрі голови, ніби око циклопа, красується атом магнію.

До складу хлоропластів входять два види хлорофілів: хлорофіл а та хлорофіл в. Вони відрізняються тим, що у хлорофілу а наявні два зайві атоми водню і відсутній один атом кисню.

Хлорофіл за хімічною природою – це складний ефір дикарбонової хлорофілінової кислоти з двома спиртами: металовим та фітоловим.

Розповідь про фази фотосинтезу та всі хімічні перетворення в зеленому листку.( Хімія).

У результаті фотосинтезу з вуглекислого газу й води з допомогою сонячної енергії утворюються вуглеводи. Цей процес складається з двох основних фаз — світлової і темнової.

У ході світлової фази спочатку кванти світла вловлюються пігментом хлорофілом, який розташований на мембранах тилакоїдів. Енергія квантів переходить до електронів, які захоплюються молекулами-переносниками. Енергія цих електронів використовується в тилакоїдах для синтезу АТФ. Втрачені електрони заміняються електронами з атомів Гідрогену молекул води, які під дією світла, у результаті фотолізу, розпадаються на Гідроген і Оксиген. Звільнені атоми Оксигену взаємодіють між собою й утворюють молекули кисню, що виділяється як побічний продукт реакції. Утворені в результаті відриву електрона від атомів Гідрогену протони підхоплюються іншими молекулами-переносниками. Це молекули динуклеотиди, скорочена назва яких НАДФ. Приєднуючи до себе протони, вони стають акумуляторами хімічної енергії (НАДФ Н2) і можуть використовуватися у відновних процесах.

У темновій фазі фотосинтезу за рахунок енергії НАДФ Н2 і АТФ, які утворилися під час світлової фази з вуглекислого газу, утворюються молекули глюкози. Сукупність реакцій, які задіяні в цьому процесі, називається циклом Кальвіна

У більшості рослин світлова й темнова фази фотосинтезу відбуваються в хлоропласті одночасно, а для фіксації вуглекислого газу використовуються трикарбонові сполуки. Такий тип цього процесу називають С3-фотосинтезом. Проте, ряд рослин, особливо ті, які живуть у жаркому кліматі в умовах дефіциту вологи, використовують інші варіанти фотосинтезу. Вони розносять світлову й темнову фази або в просторі, або в часі. Це дозволяє суттєво економити воду й дає ще деякі переваги.

Фотосинтез за типом товстолистих (така назва дана тому, що цей варіант широко використовують саме рослини родини Товстолисті — каланхое, бріофілюм, очіпок тощо) розводить світлову й темнову фази фотосинтезу в часі. Рослини, які його використовують,інтенсивно поглинають вуглекислий газ через свої продихи вночі.

Удень, для економії вологи, продихи закриваються, а зв’язаний уночі запас С02 використовується у циклі Кальвіна.

Так звані С4-рослини (наприклад, кукурудза) використовують просторове розведення реакцій світлової та темнової фаз фотосинтезу.

Фіксація СО₂ з використанням чотирикарбонових сполук і синтез глюкози відбувається в них у різних клітинах. Такий тип фотосинтезу в умовах жаркого клімату є більш ефективним, ніж звичайний його варіант.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Тестові питання.( слайд 22).

Робота в групах ( слайд 24).

V. Домашнє завдання