Урок на тему:" Фотосинтез: світлова та темнова фаза. Хемосинтез. "

Тема:  Фотосинтез:  світлова  та  темнова  фаза. Хемосинтез.

Мета:сформувати в учнів загальні уявлення про хемосинтез і фотосинтез;  сформувати в учнів такі поняття, як: хемосинтез, фотосинтез; сформувати в учнів науковий світогляд, розширити кругозір учнів на основі вивчення процесів хемосинтезу та фотосинтезу, сприяти екологічному вихованню учнів;розвивати інтерес учнів, забезпечити розвиток мисленнєвих операцій. 
Тип уроку: Урок засвоєння нових знань.

Очікувані результати: називає:  органели клітини, де відбувається дихання та фотосинтез; характеризує: процеси фотосинтезу, гліколізу, клітинного дихання; пояснює:зелений колір рослин;  значення фотосинтезу, його планетарну роль; порівнює:процеси фотосинтезу та хемосинтезу; застосовує знання про:  процеси життєдіяльності клітини для мотивації здорового способу життя; висловлює судження: щодо ролі фотосинтезу в забезпеченні живих організмів органічними речовинами та енергією;  щодо значення функціональних змін у діяльності клітин та їх загибелі у виникненні захворювань  людини.

Хід уроку:

І. Організаційний момент.

Вітання. Коротке налаштування на роботу.

Пропонує учням  визначити власну готовність до уроку,  нагадує, про необхідність бути активними,  уважними, дієвими.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1.    Які організми за типом  живлення вам відомі?
2.    Які організми відносяться до автотрофних, а які до хемотрофних?
3.    Де відбуваються процеси фотосинтезу у рослин ?
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів.

Сьогодні ми з вами розглянемо ще 2 види процесів, які відносяться до пластичного обміну, а саме хемосинтез і фотосинтез.
Вчитель оголошує тему уроку: «Біосинтез нуклеїнових кислот».
Мета нашого уроку: розглянути процеси фотосинтезу та хемосинтезу.
ІV. Вивчення нового матеріалу.   

1) Хемосинтез.

Хемосинтезуючі організми (хемотрофи) для синтезу органічних сполук використовують енергію, яка вивільнюється під час перетворення неорганічних сполук. До цих організмів належать деякі групи бактерій: нітрифікуючі, безбарвні сіркобактерії, залізобактерії тощо.

Нітрифікуючі бактерії послідовно окиснюють аміак  до нітритів,   а потім — до нітратів. Залізобактерії одержують енергію за рахунок окиснення сполук двовалентного заліза до тривалентного. Вони беруть участь в утворенні покладів залізних руд. Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень та інші сполуки сірки до сірчаної кислоти (Н₂S0₄).

Процес хемосинтезу відкрив у 1887 році видатний російський мікробіолог С. М. Виноградський.

Хемосинтезуючі мікроорганізми відіграють виняткову роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні цикли (біогеохімічний колообіг речовин) - це обмін речовинами та забезпечення потоку енергії між різними компонентами біосфери, внаслідок життєдіяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер.

2) Фотосинтез.

Фототрофи використовують для синтезу органічних сполук енергію світла. Процес утворення органічних речовин з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків називають фотосинтезом. До фототрофних організмів відносять:

1)    Зелені рослини (вищі рослини, водорості).
2)    Деяких тварин ( рослинні джгутикові).
3)    Деяких прокаріот ( ціанобактерії, пурпурові та зелені сіркобактерії).
Вчитель розповідає історію вивчення фотосинтезу.

У клітинах вищих рослин фотосинтез відбувається у спеціальних органелах – хлоропластах. Основними з фото синтезуючих пігментів є хлорофіли.
        В основі фотосинтезу лежить окисно-відновний процес, пов'язаний із перенесенням електронів від донорів до акцепторів, з утворенням вуглеводів і виділенням в атмосферу молекулярного кисню. Світлова енергія перетворюється на енергію вуглеводів в реакційних центрах, що містять хлорофіл а.
      У процесі фотосинтезу беруть участь 2 фотосистеми: фотосистема І та фото- система ІІ, які мають різні реакційні центри та пов’язані між собою через систему перенесення електронів.

         Процес фотосинтезу відбувається в 2 фази ( світлову та темнову ). У світлову фазу, реакції якої перебігають у тилакоїдах за наявності світла, хлорофіли вловлюють кванти світла (фотони). Поглинання фотонів призводить до збудження одного з електронів молекули хлорофілу, який за допомогою молекул-переносчиків  електронів переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів, набуваючи певної потенційної енергії.

У фотосистемі І цей електрон передається сполуці НАДФ:

НАДФ₂₊ + 1е + Н⁺ = НАДФ * Н

Відновлений НАДФ є постачальником водню для відновлення атмосферного вуглекислого газу до глюкози. Отже, у світлову фазу відбувається відновлення НАДФ і синтез АТФ.

А фотосистема ІІ відновлюється за рахунок електронів, які постачають молекули води. Під дією світла за участю ферментів молекули води розщеплюються на протони водню та молекулярний кисень, який виділяється в атмосферу, а електрони використовуються на відновлення фотосистеми ІІ.

   2Н₂О = 4 Н⁺ + О₂ + 2е
           Реакції     темнової    фази відбуваються у матриксі як на світлі, так і за його відсутності.Відбувається відновлення вуглекислого газу до глюкози.

 Підсумкове рівняння фотосинтезу:
 6СО₂ +  6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Отже, кінцевим продуктом фотосинтезу є глюкоза, з якої може синтезуватись крохмаль, целюлоза.

3) Значення фотосинтезу

У фотосинтезуючих прокаріот є певні відмінності у перебігу світлової та темнової фаз фотосинтезу. У прокаріот відсутні пластиди, тому фото-синтезуючі пігменти розташовані на внутрішніх виростах цитоплазматичної мембрани, де і відбуваються реакції світлової фази. У зелених і пурпурових бактерій, на відміну від ціанобактерій, немає фото-системи II, постачальником електронів є не вода, а сірководень, молекулярний водень та деякі Інші сполуки. Внаслідок цього у цих груп бактерій під час фотосинтезу кисень не виділяється.

Значення фотосинтезу для біосфери важко переоцінити. Саме завдяки цьому процесові вловлюється світлова енергія Сонця. Фотосинтезуючі організми перетворюють її на енергію хімічних зв'язків синтезованих вуглеводів, а потім по ланцюгах живлення вона передається гетеротрофним організмам. Отже, не буде перебільшенням вважати, що саме завдяки фотосинтезу можливе існування біосфери.

Зелені рослини та ціанобактерії, поглинаючи вуглекислий газ і виділяючи кисень, впливають на газовий склад атмосфери. Увесь атмосферний кисень має фотосинтетичне походження. Щорічно завдяки фотосинтезу на Землі синтезується близько 150 млрд. тонн органічної речовини і виділяється понад 200 млрд. тонн вільного кисню, який не тільки забезпечує дихання організмів, але й захищає все живе на Землі від згубного впливу короткохвильових ультрафіолетових космічних променів (озоновий екран атмосфери).

Але загалом процес фотосинтезу малоефективний. У синтезовану органічну речовину переводиться лише 1-2% сонячної енергії. Це пояснюється неповним поглинанням світла рослинами, а також тим, що частина сонячного світла відбивається від поверхні Землі назад у космос, поглинається атмосферою тощо.

Продуктивність процесу фотосинтезу зростає за умов кращого водопостачання рослин, їхнього оптимального освітлення, забезпечення вуглекислим газом, завдяки селекції сортів, спрямованій на підвищення ефективності фотосинтезу тощо.

Однією з найпродуктивніших культурних рослин вважають кукурудзу, в якої досить високий коефіцієнт корисної дії фотосинтезу.

V. Узагальнення і систематизація знань.

1. Що таке хемосинтез?
2. Що таке фотосинтез?
3. Що відбувається у світловій ( темновій ) фазі фотосинтезу?
4. Яке значення має фотосинтез?
VІ. Домашнє завдання.

Читати  відповідний §.