"Биология (базовый уровень)", Каменский А.А., Касперская Е.К., Сивоглазов В.И.
Пластический обмен создаёт вещества и структуры, необходимые клетке для роста и обновления. Для синтеза сложных органических соединений нужны более простые вещества и энергия. Растения, водоросли и некоторые бактерии получают её от света и используют в фотосинтезе, а отдельные бактерии — при окислении неорганических веществ в хемосинтезе. Фотосинтез включает световую и темновую фазы: первая запасает энергию и выделяет кислород, вторая использует продукты первой для образования углеводов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Пластический обмен, или анаболизм, — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых. Благодаря ему клетка растёт, обновляет свои части и создаёт вещества, нужные для работы. На синтез требуется энергия, поэтому анаболизм связан с энергетическим обменом.
Фотосинтез — образование органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии света. Он происходит у растений, водорослей и некоторых бактерий. В результате энергия света запасается в химических связях органических веществ.
Хемосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа с использованием энергии окисления неорганических веществ. Его осуществляют некоторые бактерии, в том числе серобактерии, нитрифицирующие и железобактерии. Такой способ позволяет создавать органические вещества без света.
Световая и темновая фазы — этапы фотосинтеза, различающиеся условиями и результатами. Световая фаза требует света и даёт энергоёмкие продукты, а темновая использует их для синтеза углеводов из углекислого газа. Название второй фазы не означает, что она всегда идёт только в темноте.
Клетке постоянно нужны новые молекулы и структуры, например белки и компоненты мембран. При пластическом обмене она собирает такие вещества из более простых соединений, как строитель из деталей. Образование химических связей требует затрат энергии, поэтому реакции синтеза не идут сами собой. Энергию клетка получает, в частности, при энергетическом обмене и направляет её на построение собственных веществ.
При фотосинтезе свет поглощает хлорофилл — зелёный пигмент, находящийся в хлоропластах растений и водорослей. Энергия света необходима, потому что из углекислого газа и воды нужно построить более сложные молекулы, а для этого требуется запас энергии. Поглощённая энергия преобразуется в химическую и передаётся веществам, участвующим в последующих реакциях. Поэтому фотосинтез не просто создаёт органические соединения, но и сохраняет в них часть энергии света.
Световая фаза проходит на мембранах тилакоидов — внутренних мембран хлоропласта, содержащих хлорофилл. Поглощённая энергия приводит к фотолизу, то есть расщеплению воды; при этом выделяется кислород. Одновременно образуются вещества, которые переносят энергию и водород к следующему этапу. Без световой энергии клетка не смогла бы получить эти продукты и запустить связанные с ними реакции.
Темновая фаза протекает в строме — внутренней среде хлоропласта. Здесь углекислый газ включается в реакции, в результате которых синтезируются углеводы. Для этого нужны энергия и восстановительные вещества, появившиеся в световой фазе. Поэтому темновая фаза не требует непосредственного поглощения света каждой своей реакцией, но зависит от того, что было произведено на свету.
При хемосинтезе некоторые бактерии получают энергию, окисляя неорганические вещества, например соединения серы, азота или железа. Окисление означает отдачу электронов и сопровождается высвобождением энергии, которую клетка может запасать и использовать. Затем эта энергия идёт на синтез органических веществ из углекислого газа. Так бактерии создают органическое вещество даже там, где света недостаточно или нет вовсе.
| Признак | Фотосинтез | Хемосинтез |
|---|---|---|
| Источник энергии | Свет | Окисление неорганических веществ |
| Исходные вещества для синтеза органических веществ | Углекислый газ и вода | Углекислый газ; энергия получается при окислении неорганических веществ |
| Организмы, осуществляющие процесс | Растения, водоросли, некоторые бактерии | Некоторые бактерии |
| Условия протекания | Нужен свет и фотосинтетический аппарат | Свет не нужен; необходимы подходящие неорганические вещества |
| Выделение кислорода | Выделяется при фотолизе воды | При самом хемосинтезе кислород не выделяется |
| Значение для природы | Создаёт органическое вещество и связывает энергию света | Создаёт органическое вещество без использования света |
Чтобы сравнить процессы, сначала найдите источник энергии: именно он отличает фотосинтез от хемосинтеза. Затем сопоставьте организмы и условия, а также выясните, выделяется ли кислород. Общий результат у процессов сходный — синтез органических веществ из неорганических.
Задача 1. Клетка использует энергию света для образования органических веществ из углекислого газа и воды. Какой процесс описан?
Ответ: фотосинтез. Если бы энергия поступала от окисления неорганических соединений, следовало бы рассматривать хемосинтез.
Задача 2. Распределите события фотосинтеза по световой и темновой фазам: фотолиз воды, образование кислорода, использование углекислого газа, синтез углеводов.
Ответ: световая фаза — фотолиз воды и образование кислорода; темновая фаза — использование углекислого газа и синтез углеводов.
Задача 3. Сравните получение органических веществ растением на свету и хемосинтезирующей бактерией в темноте: укажите источник энергии, необходимые вещества и общий результат.
Ответ: растение использует энергию света, а бактерия — энергию окисления неорганических веществ; обе системы синтезируют органические вещества из углекислого газа.
Ошибка — считать, что фотосинтез на всех этапах непосредственно идёт только на свету. Так думают, потому что весь процесс зависит от света в целом. Проверьте, требуется ли свет непосредственно для данной реакции: темновая фаза использует продукты световой, хотя сама не поглощает свет. Поэтому зависимость процесса от света не означает, что каждая его стадия проходит только при освещении.
Ошибка — утверждать, что кислород при фотосинтезе образуется из углекислого газа. Путаница возникает потому, что углекислый газ входит в уравнение фотосинтеза и используется при образовании органических веществ. Проверьте, в какой фазе появляется кислород: он образуется при фотолизе воды. Значит, его источник — вода, а не углекислый газ.
Ошибка — смешивать фотосинтез и хемосинтез только потому, что оба процесса создают органические вещества. Общий результат действительно похож, но источники энергии различны. Для самопроверки спросите, что запускает синтез: свет или окисление неорганических соединений. Также учитывайте, что хемосинтез осуществляют некоторые бактерии.
Ошибка — считать темновую фазу независимой от световой. Её название может создать впечатление, будто она представляет собой отдельный процесс и не связана с освещением. Однако для синтеза органических веществ нужны энергия и восстановительные вещества, появившиеся в световой фазе. Проверьте, откуда темновая фаза получает эти продукты: их создают реакции световой фазы.
Для понимания темы нужны знания о строении клетки, хлоропластах и хлорофилле: именно с ними связан фотосинтез. Также важно различать органические и неорганические вещества, чтобы проследить, из чего образуются продукты синтеза. Эти понятия помогают увидеть, как клетка превращает исходные вещества в собственные структуры.
Пластический обмен связан с энергетическим: построение молекул требует затрат энергии, а реакции энергетического обмена помогают её получать. Сопоставление этих процессов объясняет, почему клетке необходимы и распад веществ, и их синтез. Фотосинтез и хемосинтез показывают разные способы обеспечить синтез энергией.
Знания о фотосинтезе и хемосинтезе пригодятся при изучении круговорота веществ и экосистем. Эти процессы позволяют понять, как неорганические вещества превращаются в органические и какую роль разные организмы играют в биосфере. В частности, фотосинтез связывает использование энергии света с образованием органического вещества.
Почему фотосинтез относят к пластическому обмену?
При фотосинтезе из неорганических веществ образуются органические, например углеводы. Это синтез новых веществ, поэтому процесс относится к пластическому обмену и требует энергии.
В какой фазе фотосинтеза выделяется кислород?
Кислород выделяется в световой фазе. Он образуется при фотолизе — расщеплении молекул воды под действием энергии света.
Почему темновая фаза зависит от световой?
В темновой фазе используются энергия и восстановительные вещества, образованные в световой фазе. Без этих продуктов клетка не может эффективно синтезировать углеводы из углекислого газа.
Чем хемосинтез отличается от фотосинтеза?
При фотосинтезе источник энергии — свет, а при хемосинтезе — энергия окисления неорганических веществ. Хемосинтез выполняют некоторые бактерии, тогда как фотосинтез характерен для растений, водорослей и некоторых бактерий.
Какие организмы способны к хемосинтезу?
Хемосинтез осуществляют некоторые бактерии, например серобактерии, нитрифицирующие и железобактерии. Они получают энергию при окислении неорганических веществ и используют её для синтеза органических соединений.
§15. Пластический обмен в клетке. Фотосинтез. Хемосинтез
