g9b-2.2· Глава 2: Клетка — структурная и функциональная единица живого организма· ~13 мин

Обмен веществ и энергии: фотосинтез и дыхание

Метаболизм, автотрофный (фотосинтез) и гетеротрофный обмен.

Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность всех химических реакций, происходящих в живой клетке, состоящая из двух противоположно направленных процессов. Во время ассимиляции (пластического обмена) из простых веществ синтезируются сложные органические молекулы, этот процесс требует поглощения энергии. Во время диссимиляции (энергетического обмена), напротив, сложные органические вещества расщепляются, энергия (в виде АТФ) высвобождается. Автотрофные организмы (зелёные растения, ряд бактерий) способны сами синтезировать органическое вещество; это осуществляется путём фотосинтеза (световая энергия) или хемосинтеза (химическая энергия). Гетеротрофные же организмы питаются готовым органическим веществом. Фотосинтез в хлоропласте проходит в две фазы: в световой фазе (в тилакоидах) молекулы воды расщепляются, выделяется O₂, образуются АТФ и НАДФН₂; в темновой фазе (в строме) CO₂ фиксируется, и синтезируется глюкоза (C₆H₁₂O₆). Клеточное дыхание происходит в митохондрии: глюкоза при участии O₂ расщепляется до CO₂ и H₂O, высвобождается энергия АТФ.

📌Пример

Например: хлоропласт в зелёном листе, используя солнечную энергию, осуществляет реакцию 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, а готовая глюкоза затем сжигается в митохондрии для дыхания.

Графики

Фотосинтез (хлоропласт) и дыхание (митохондрия) — взаимодополняющие процессы: продукт одного является исходным веществом другого
Фотосинтез (хлоропласт) и дыхание (митохондрия) — взаимодополняющие процессы: продукт одного является исходным веществом другого

Ключевые термины

Метаболизм (обмен веществ) — Совокупность всех химических реакций, протекающих в живой клетке; состоит из противоположных друг другу процессов ассимиляции и диссимиляции.
Ассимиляция (пластический обмен) — Процесс синтеза сложных органических молекул из простых веществ; при этом энергия поглощается.
Диссимиляция (энергетический обмен) — Процесс расщепления сложных органических веществ; при этом энергия высвобождается в форме АТФ.
Автотрофные организмы — Организмы, способные самостоятельно синтезировать органическое вещество: зелёные растения (путём фотосинтеза) и ряд бактерий (путём фотосинтеза или хемосинтеза).
Гетеротрофные организмы — Организмы, питающиеся готовым органическим веществом: животные, грибы, многочисленные бактерии.
Фотосинтез — Процесс синтеза органического вещества (глюкозы) из неорганических веществ (CO₂ и H₂O) за счёт световой энергии в хлоропласте; протекает в две стадии — световую фазу и темновую фазу.
Сравнение световой и темновой фаз фотосинтеза
ПризнакСветовая фазаТемновая фаза
Где происходитНа тилакоидахВ строме
Основной процессМолекулы воды расщепляются, выделяется O₂CO₂ фиксируется, синтезируется глюкоза
Что образуетсяАТФ, НАДФ·H₂, O₂Глюкоза (C₆H₁₂O₆)
Источник энергииТребуется световая энергияИспользуются АТФ и НАДФ·H₂, образованные в световой фазе

В световой фазе фотосинтеза вода расщепляется, в темновой фазе углекислый газ превращается в глюкозу.

✎Фотосинтез и дыхание в зелёном листе
  1. 1Фотосинтез: Хлоропласты зелёного листа, используя солнечную энергию, синтезируют глюкозу (C₆H₁₂O₆) по реакции 6CO₂ + 6H₂O, а в качестве побочного продукта выделяется 6O₂.
  2. 2Клеточное дыхание: Синтезированная глюкоза транспортируется в митохондрию, где при участии O₂ расщепляется до CO₂ и H₂O, и высвобождается энергия АТФ.
  3. 3Связь процессов: Оба процесса могут идти одновременно: днём фотосинтез и дыхание происходят совместно, ночью продолжается только дыхание.
🚫Частая ошибка

Ошибка: учащиеся часто думают, что в световой фазе фотосинтеза выделяется углекислый газ (CO₂), а в темновой — кислород (O₂). На самом деле O₂ выделяется в световой фазе из воды (H₂O), а CO₂ используется в темновой фазе и превращается в глюкозу — не выделяется, а расходуется.

💡Заметка

Для запоминания: в слове «Ассимиляция» буква «А» ассоциируется с «Аккумулировать» (поглощение энергии), а в слове «Диссимиляция» буква «Д» — с «Деконструкция» (расщепление, высвобождение энергии). Фотосинтез идёт только на свету, а клеточное дыхание продолжается круглосуточно, 24 часа.

Правила

  1. 1Ассимиляция = синтез + поглощение энергии; диссимиляция = расщепление + выделение энергии — эти два процесса противоположны друг другу.
  2. 2Фотосинтез происходит в хлоропласте, клеточное дыхание — в митохондрии; оба процесса могут протекать одновременно.
  3. 3В световой фазе фотосинтеза O₂ выделяется из воды (H₂O), в темновой фазе CO₂ превращается в глюкозу.
  4. 4Клеточное дыхание продолжается непрерывно 24 часа в сутки; фотосинтез же возможен только при наличии световой энергии.
  5. 5Автотрофы (зелёные растения) сами синтезируют органическое вещество; гетеротрофы (животные, грибы, многие бактерии) питаются готовым органическим веществом.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс