Номер 3, страница 164 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Расскажите о процессах фотосинтеза.

Фотосинтез — это сложный биохимический процесс, в ходе которого фотоавтотрофные организмы (зелёные растения, водоросли, некоторые бактерии) преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию органических соединений. Исходными веществами для фотосинтеза служат неорганические соединения — углекислый газ и вода. Суммарное уравнение этого процесса можно записать так:

$6CO₂ + 6H₂o \xrightarrow{свет, хлорофилл} C₆H₁₂O₆ + 6O₂$

Процесс фотосинтеза происходит в специализированных органеллах растительной клетки — хлоропластах, и включает в себя две последовательные и взаимосвязанные фазы: световую и темновую.

Световая фаза

Эта фаза протекает на внутренних мембранах хлоропластов (тилакоидах) и возможна только при наличии света. Её главная цель — преобразование поглощённой световой энергии в химическую энергию в форме макроэргических связей АТФ (аденозинтрифосфата) и восстановленного кофермента НАДФ·H (никотинамидадениндинуклеотидфосфата).

Ключевые процессы световой фазы:

1. Поглощение света. Молекулы пигмента хлорофилла, находящиеся в мембранах тилакоидов, поглощают кванты света (фотоны). Это приводит к переходу электронов в молекуле хлорофилла в возбуждённое состояние.

2. Фотолиз воды. Под действием энергии света происходит расщепление молекул воды: $2H₂o \rightarrow 4H⁺ + 4e⁻ + O₂$. Электроны ($e⁻$) восполняют потерю электронов в молекулах хлорофилла. Протоны ($H⁺$) накапливаются внутри тилакоида. Кислород ($O₂$) выделяется в атмосферу как побочный продукт.

3. Синтез АТФ. Возбуждённые электроны передаются по цепи белков-переносчиков. Во время этого переноса часть их энергии расходуется на перекачку протонов ($H⁺$) из стромы (внутреннего пространства хлоропласта) во внутреннее пространство тилакоида. Создаётся разность концентраций протонов, и когда они возвращаются обратно в строму через фермент АТФ-синтазу, накопленная энергия используется для синтеза молекул АТФ из АДФ и фосфата. Этот процесс называется фотофосфорилированием.

4. Синтез НАДФ·H. Электроны, прошедшие по цепи переносчиков, и протоны, образовавшиеся при фотолизе воды, используются для восстановления молекулы-переносчика НАДФ⁺ до НАДФ·H.

Таким образом, продуктами световой фазы, которые будут использованы в следующей фазе, являются АТФ и НАДФ·H. Кислород же является побочным продуктом, выделяемым во внешнюю среду.

Темновая фаза

Эта фаза протекает в строме хлоропластов и не требует непосредственного участия света. Реакции темновой фазы используют энергию АТФ и восстановленный НАДФ·H, синтезированные в световой фазе, для фиксации углекислого газа ($CO₂$) из атмосферы и образования органических веществ, в первую очередь глюкозы.

Ключевым процессом темновой фазы является циклический процесс, известный как цикл Кальвина, который состоит из трёх основных стадий:

1. Карбоксилирование (фиксация CO₂). Молекула углекислого газа присоединяется к пятиуглеродному сахару (рибулозо-1,5-бифосфату). Образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое немедленно распадается на две молекулы трехуглеродной фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

2. Восстановление. Молекулы ФГК восстанавливаются до трехуглеродного сахара (триозофосфата) с использованием энергии АТФ и восстановительной силы НАДФ·H, полученных в световой фазе.

3. Регенерация. Большая часть образовавшихся молекул триозофосфата используется для восстановления (регенерации) исходного рибулозо-1,5-бифосфата, что позволяет циклу повториться. Этот процесс также требует затрат АТФ. Меньшая часть молекул триозофосфата выходит из цикла и используется для синтеза глюкозы ($C₆H₁₂O₆$). Для образования одной молекулы глюкозы необходимо, чтобы цикл Кальвина совершил шесть оборотов, зафиксировав при этом шесть молекул $CO₂$.

В дальнейшем из глюкозы могут синтезироваться другие органические вещества: крахмал, целлюлоза, жиры и аминокислоты.

Ответ: Фотосинтез — это процесс, состоящий из двух фаз, в ходе которого растения преобразуют световую энергию в химическую. Световая фаза происходит на мембранах тилакоидов хлоропластов при участии света, её продукты — АТФ, НАДФ·H и побочный продукт кислород, образующийся в результате фотолиза воды. Темновая фаза (цикл Кальвина) протекает в строме хлоропластов, где за счёт энергии АТФ и НАДФ·H происходит фиксация углекислого газа и синтез глюкозы и других органических веществ.