Историята на изследването на фотосинтезата датира от август 1771 г., когато английският богослов, философ и натуралист-любител Джоузеф Пристли (1733–1804) открива, че растенията могат да „коригират“ свойствата на въздуха, който променя състава му в резултат на изгаряне или животинска дейност. Пристли показа, че в присъствието на растения „замърсеният“ въздух отново става подходящ за изгаряне и подпомагане на животните.

В хода на по-нататъшни изследвания от Ingenhaus, Senebier, Saussure, Boussingault и други учени беше установено, че при осветяване растенията отделят кислород и абсорбират въглероден диоксид от въздуха. Растенията синтезират органични вещества от въглероден диоксид и вода. Този процес е наречен фотосинтеза.

Робърт Майер, който открива закона за запазване на енергията, предлага през 1845 г. растенията да преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергията на химичните съединения, образувани по време на фотосинтезата. Според него „лъчите на слънцето, разпространяващи се в космоса, се„ улавят “и се съхраняват за по-нататъшно използване при необходимост“. Впоследствие руският учен К.А. Тимирязев убедително доказа, че молекулите на хлорофила, присъстващи в зелените листа, играят важна роля в използването на слънчевата светлина от растенията.

Образуваните по време на фотосинтезата въглехидрати (захари) се използват като енергиен източник и строителен материал за синтеза на различни органични съединения в растенията и животните. При висшите растения процесите на фотосинтеза протичат в хлоропласти - специализирани енергопреобразуващи органели на растителната клетка.

Схематично представяне на хлоропласт е показано на фиг. 1.

Под двойната обвивка на хлоропласта, която се състои от външна и вътрешна мембрана, има разширени мембранни структури, които образуват затворени везикули, наречени тилакоиди. Тилакоидните мембрани са съставени от два слоя липидни молекули, които включват макромолекулни фотосинтетични протеинови комплекси. В хлоропластите на висшите растения тилакоидите се групират в гранаси, които представляват купчини сплескани и плътно притиснати тилакоиди под формата на дискове. Продължението на отделните гранулирани тилакоиди са стърчащи от тях междузърнести тилакоиди. Пространството между мембраната на хлоропласта и тилакоидите се нарича строма. Стромата съдържа молекули на хлоропласт РНК, ДНК, рибозоми, нишестени зърна, както и множество ензими, включително тези, които осигуряват усвояването на CO2 от растенията.

Тази публикация е създадена с подкрепата на Sushi E'xpress. Компанията Sushi E'xpress предоставя услуги за доставка на суши в Новосибирск. Поръчайки суши от компанията E’xpress Sushi, бързо ще получите вкусно и здравословно ястие, направено от професионални готвачи, използващи най-пресните продукти с най-високо качество. Посещавайки уебсайта на компанията Sushi Express, можете да се запознаете с цените и състава на предлаганите ролки, които ще ви помогнат да решите избора на ястието. За да направите поръчка за доставка на суши, обадете се на 239-55-87

Светли и тъмни етапи на фотосинтезата

Според съвременните концепции фотосинтезата е поредица от фотофизични и биохимични процеси, в резултат на които растенията, използвайки енергията на слънчевата светлина, синтезират въглехидрати (захари). Многобройните етапи на фотосинтезата обикновено се разделят на две големи групи процеси - светла и тъмна фази.

Светлинните етапи на фотосинтезата обикновено се наричат \u200b\u200bнабор от процеси, в резултат на които, поради енергията на светлината, се синтезират молекули аденозин трифосфат (АТФ) и се получава образуването на редуциран никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH), съединение с висок редуциращ потенциал. АТФ молекулите играят ролята на универсален източник на енергия в клетката. Известно е, че енергията на високоенергийните (т.е. богати на енергия) фосфатни връзки на молекулата АТФ се използва в повечето биохимични процеси, които консумират енергия.

Леки процеси на фотосинтеза се случват в тилакоидите, мембраните на които съдържат основните компоненти на фотосинтетичния апарат на растенията - комплекти за събиране на светлина, пигментно-протеинови и електронно-транспортни комплекси, както и АТФ-синтазен комплекс, който катализира образуването на АТФ от аденозин дифосфат (ADP) и неорганичен фосфат (Phi) (ADP + Ф i → ATP + H 2 O). По този начин, в резултат на светлинните етапи на фотосинтеза, енергията на светлината, погълната от растенията, се съхранява под формата на високоенергийни химически връзки на молекулите на АТФ и силен редуциращ агент NADPH, които се използват за синтеза на въглехидрати в така наречените тъмни етапи на фотосинтезата.

Тъмните етапи на фотосинтезата обикновено се наричат \u200b\u200bнабор от биохимични реакции, в резултат на което се получава усвояването на атмосферния въглероден диоксид (CO 2) от растенията и образуването на въглехидрати. Цикълът на тъмните биохимични трансформации, водещи до синтеза на органични съединения от CO 2 и вода, кръстен на авторите, допринесли решаващо за изучаването на тези процеси, се нарича цикълът на Калвин - Бенсън. За разлика от електронотранспортните и АТФ синтазните комплекси, които се намират в тилакоидната мембрана, ензимите, които катализират "тъмните" реакции на фотосинтезата, се разтварят в стромата. Когато хлоропластната мембрана се разруши, тези ензими се изхвърлят от стромата, в резултат на което хлоропластите губят способността си да абсорбират въглероден диоксид.

В резултат на трансформации на редица органични съединения в цикъла на Калвин - Бенсън от три молекули CO 2 и вода в хлоропласти се образува молекула глицералдехид-3-фосфат, която има химичната формула CHO - CHOH - CH 2 O - PO 3 2-. В този случай на молекула CO 2, включена в глицералдехид-3-фосфат, се консумират три молекули ATP и две молекули NADPH H.

За синтеза на органични съединения в цикъла на Калвин-Бенсън се използва енергията, отделена по време на хидролизата на високоенергийните фосфатни връзки на молекулите на АТФ (реакция ATP + H 2 O → ADP + Phi) и силен редукционен потенциал на NADP H молекулите. Основната част от молекулите, образувани в хлоропласта глицералдехид-3-фосфатът попада в цитозола на растителната клетка, където се превръща във фруктоза-6-фосфат и глюкоза-6-фосфат, които в хода на по-нататъшните трансформации образуват захарен фосфат, предшественик на захарозата. Нишестето се синтезира от молекулите на глицералдехид-3-фосфат, останали в хлоропласта.

Преобразуване на енергия във фотосинтетични реакционни центрове

Фотосинтетичните енергопреобразуващи комплекси на растения, водорасли и фотосинтетични бактерии са добре проучени. Установен е химичният състав и пространствената структура на енергопреобразуващите протеинови комплекси и е изяснена последователността на процесите на трансформация на енергия. Въпреки разликите в състава и молекулярната структура на фотосинтетичния апарат, съществуват общи модели на процесите на преобразуване на енергия в центровете за фотореакция на всички фотосинтетични организми. Във фотосинтетичните системи от растителен и бактериален произход е една-единствена структурна и функционална връзка на фотосинтетичния апарат фотосистема, който включва антена за събиране на светлина, фотохимичен реакционен център и свързани молекули - електронни носители.

Нека първо разгледаме общите принципи на преобразуване на енергията на слънчевата светлина, които са характерни за всички фотосинтетични системи, а след това се спрем по-подробно на примера за функционирането на центровете за фотореакция и електронната транспортна верига на хлоропластите във висшите растения.

Антена за събиране на светлина (поглъщане на светлина, миграция на енергия към реакционния център)

Първият елементарен акт на фотосинтеза е поглъщането на светлина от хлорофилни молекули или спомагателни пигменти, които изграждат специален пигментно-протеинов комплекс, наречен антена за събиране на светлина. Антената за събиране на светлина е макромолекулен комплекс, предназначен за ефективно улавяне на светлината. В хлоропластите антенният комплекс съдържа голям брой (до няколкостотин) молекули хлорофил и определено количество спомагателни пигменти (каротеноиди), плътно свързани с протеина.

При ярка слънчева светлина една молекула хлорофил поглъща квантите на светлината относително рядко, средно не повече от 10 пъти в секунда. Тъй като обаче един фотореакционен център съдържа голям брой молекули хлорофил (200–400), дори при относително нисък интензитет на светлината, падаща върху лист при условия на засенчване на растенията, реакционният център често се задейства. Ансамбълът от пигменти, които поглъщат светлината, всъщност играе ролята на антена, която поради своите достатъчно големи размери ефективно улавя слънчевата светлина и насочва енергията си към реакционния център. Обичащите сенките растения обикновено имат по-голяма антена за събиране на светлина, отколкото растенията, растящи при условия на висока светлина.

При растенията молекулите на хлорофила са основните пигменти за събиране на светлина а и хлорофил бкоито поглъщат видима светлина с дължина на вълната λ ≤ 700–730 nm. Изолираните молекули на хлорофила абсорбират светлината само в две относително тесни ленти от слънчевия спектър: при дължини на вълните 660-680 nm (червена светлина) и 430-450 nm (синьо-виолетова светлина), което, разбира се, ограничава ефективността на използването на целия спектър на падащата слънчева светлина върху зелен лист.

Спектралният състав на светлината, погълната от събиращата светлина антена, всъщност е много по-широк. Това се обяснява с факта, че спектърът на абсорбция на агрегираните форми на хлорофила, които са част от антената за събиране на светлина, се измества към по-дълги дължини на вълните. Заедно с хлорофила, помощните пигменти са включени в антената за събиране на светлина, което повишава ефективността на нейното действие поради факта, че те поглъщат светлина в онези области от спектъра, в които молекулите на хлорофила, основният пигмент на антената за събиране на светлина, поглъщат светлината относително слабо.

При растенията спомагателните пигменти са каротеноиди, които поглъщат светлина в диапазона на дължината на вълната λ ≈ 450–480 nm; в клетките на фотосинтетичните водорасли това са червени и сини пигменти: фикоеритрини в червени водорасли (λ ≈ 495–565 nm) и фикоцианини в синьо-зелени водорасли (λ ≈ 550–615 nm).

Поглъщането на квант светлина от молекула хлорофил (Chl) или спомагателен пигмент води до неговото възбуждане (електронът преминава на по-високо енергийно ниво):

Chl + hν → Chl *.

Енергията на възбудената хлорофилна молекула Chl * се прехвърля към молекулите на съседните пигменти, които от своя страна могат да я прехвърлят към други молекули на антената за събиране на светлина:

Chl * + Chl → Chl + Chl *.

По този начин енергията на възбуждане може да мигрира по пигментната матрица, докато възбуждането в крайна сметка достигне центъра за фотореакция P (схематично представяне на този процес е показано на фиг. 2):

Chl * + P → Chl + P *.

Имайте предвид, че продължителността на съществуването на хлорофилни молекули и други пигменти в възбудено състояние е много кратка, τ ≈ 10 –10 –10 –9 s. Следователно има известна вероятност, че по пътя към реакционния център Р енергията на такива краткотрайни възбудени състояния на пигменти може да бъде безполезно загубена - разпръсната в топлина или освободена като квант светлина (явлението флуоресценция). В действителност обаче ефективността на енергийната миграция към фотосинтетичния реакционен център е много висока. В случая, когато реакционният център е в активно състояние, вероятността от загуба на енергия по правило е не повече от 10–15%. Тази висока ефективност при използването на енергия от слънчева светлина се дължи на факта, че антената за събиране на светлина е силно подредена структура, която осигурява много добро взаимодействие на пигментите помежду си. По този начин се постига висока скорост на предаване на енергията на възбуждане от молекулите, които абсорбират светлината, към центъра за фотореакция. Средното време на „скока“ на възбудителната енергия от един пигмент към друг, като правило, е τ ≈ 10 –12 –10 –11 s. Общото време на миграция на възбуждане към реакционния център обикновено не надвишава 10 –10 –10 –9 s.

Фотохимичен реакционен център (електронен трансфер, стабилизиране на разделени заряди)

Съвременните концепции за структурата на реакционния център и механизмите на първичните етапи на фотосинтезата са предшествани от работата на А.А. Красновски, който открива, че в присъствието на донори и акцептори на електрони, молекулите на хлорофил, възбудени от светлина, са способни обратимо да редуцират (приемат електрон) и да се окисляват (даряват електрон). Впоследствие Кок, Вит и Дуйзенс откриват в растенията, водораслите и фотосинтетичните бактерии специални пигменти с хлорофилен характер, наречени реакционни центрове, които се окисляват от действието на светлината и всъщност са основните донори на електрони по време на фотосинтезата.

Фотохимичният реакционен център P е специална двойка (димер) от молекули на хлорофил, които действат като уловител за енергия на възбуждане, скитаща се по матрицата на пигмента на антената за събиране на светлина (фиг. 2). Точно както течността тече от стените на широка фуния към нейната тясна шийка, енергията на светлината, погълната от всички пигменти на събиращата светлина антена, се насочва към реакционния център. Възбуждането на реакционния център инициира верига от по-нататъшни трансформации на светлинната енергия по време на фотосинтезата.

Последователността на процесите, протичащи след възбуждането на реакционния център Р и диаграмата на съответните промени в енергията на фотосистемата, са схематично показани на фиг. 3.

Заедно с димера на хлорофила Р, фотосинтетичният комплекс включва молекули на първични и вторични електронни акцептори, които ние условно обозначаваме със символите А и В, както и основния електронен донор, молекула D. Възбуденият реакционен център P * има нисък афинитет към електроните и следователно лесно до него първичен електронен акцептор А:

D (P * A) B → D (P + A -) B.

По този начин, в резултат на много бърз (t ≈ 10 –12 s) електронен трансфер от P * в A, се реализира вторият по същество етап на преобразуване на слънчевата енергия по време на фотосинтезата - разделяне на заряда в реакционния център. В този случай се образуват силен редуциращ агент А - (електронен донор) и силен окислител Р + (електронен акцептор).

Молекулите P + и A - са разположени в мембраната асиметрично: в хлоропластите реакционният център P + е по-близо до повърхността на мембраната, обърната към вътрешността на тилакоида, а акцепторът A е разположен по-близо до външната страна. Следователно, в резултат на фотоиндуцирано разделяне на зарядите върху мембраната възниква разлика в електрическия потенциал. Индуцираното от светлината разделяне на заряда в реакционния център е подобно на генерирането на разлика в електрическия потенциал в конвенционална фотоклетка. Трябва обаче да се подчертае, че за разлика от всички известни и широко използвани фотоконвертори на енергия в технологията, ефективността на фотосинтетичните реакционни центрове е много висока. Ефективността на разделянето на заряда в активните фотосинтетични реакционни центрове по правило надвишава 90–95% (за най-добрите проби от фотоклетки ефективността е не повече от 30%).

Какви механизми осигуряват толкова висока ефективност на преобразуването на енергия в реакционните центрове? Защо електронът, прехвърлен в акцептора А, не се връща обратно в положително заредения окислен център P +? Стабилизирането на отделените заряди се осигурява главно поради вторичните процеси на електронен транспорт след прехвърлянето на електрон от Р * в А. От намаления първичен акцептор А - електронът много бързо (за 10 –10 –10 –9 сек.) Заминава към вторичния електронен акцептор Б:

D (P + A -) B → D (P + A) B -.

В този случай се получава не само отстраняването на електрон от положително заредения реакционен център P +, но и значително намалява енергията на цялата система (фиг. 3). Това означава, че за да прехвърли електрон в обратна посока (преход B - → A), ще трябва да преодолее достатъчно висока енергийна бариера ΔE ≈ 0,3–0,4 eV, където ΔE е разликата в енергийните нива за две състояния на системата, в които електронът е съответно на носителя A или B. Поради тази причина, за връщането на електрон обратно, от редуцираната молекула B - към окислената молекула A, ще отнеме много повече време, отколкото при директния преход A - → B. С други думи, в посоката напред електронът се пренася много по-бързо от обратното. Следователно, след прехвърлянето на електрон към вторичния акцептор В, вероятността за неговото връщане обратно и рекомбинация с положително заредена „дупка“ P + значително намалява.

Вторият фактор, допринасящ за стабилизирането на разделените заряди, е бързата неутрализация на окисления център за фотореакция P + поради електрона, пристигащ в P + от донора на електрона D:

D (P + A) B - → D + (PA) B -.

След като е получил електрон от донорната молекула D и след като се е върнал в първоначалното си редуцирано състояние P, реакционният център вече няма да може да приеме електрон от редуцираните акцептори, но сега е готов за многократно задействане - да дари електрон на съседния окислен първичен акцептор A. Това е последователността на настъпващите събития във фотореакционни центрове на всички фотосинтетични системи.

Електронна транспортна верига Хлоропласт

В хлоропластите на висшите растения има две фотосистеми: фотосистема 1 (PS1) и фотосистема 2 (PS2), които се различават по състава на протеините, пигментите и оптичните свойства. Антената за събиране на светлина FS1 поглъща светлина с дължина на вълната λ ≤ 700–730 nm, а FS2 - светлина с λ ≤ 680–700 nm. Индуцираното от светлината окисление на реакционните центрове PS1 и PS2 е придружено от тяхното обезцветяване, което се характеризира с промени в спектрите им на абсорбция при λ ≈ 700 и 680 nm. В съответствие с техните оптични характеристики, реакционните центрове PS1 и PS2 бяха наречени P 700 и P 680.

Двете фотосистеми са свързани помежду си чрез верига от електронни носители (фиг. 4). PS2 е източник на електрони за PS1. Инициираното от светлината разделяне на заряда в фотореакционните центрове P 700 и P 680 осигурява прехвърлянето на електрон от вода, разложена в PS2, до крайния електронен акцептор, молекулата NADP + Електронната транспортна верига (CET), която свързва двете фотосистеми, тъй като носителите на електрони включват молекули пластохинон, отделен електронен транспортен протеинов комплекс (т.нар. B / f-комплекс) и водоразтворим пластоцианинов протеин (P c). Диаграма, илюстрираща взаимното подреждане на електронно-транспортните комплекси в тилакоидната мембрана и пътя на електронен трансфер от вода към NADP + е показана на фиг. 4.

В PS2, от възбудения център P * 680, електрон се прехвърля първо към първичния акцепторен феофетин (Phe), а след това към молекулата на пластохинон Q A, която е здраво свързана с един от PS2 протеините,

Y (P * 680 Phe) Q A Q B → Y (P + 680 Phe -) Q A Q B → Y (P + 680 Phe) Q A - Q B.

След това електрон се прехвърля към втората молекула на пластохинон Q B и P 680 получава електрон от основния донор на електрон Y:

Y (P + 680 Phe) Q A - Q B → Y + (P 680 Phe) Q A Q B -.

Молекулата на пластохинон, чиято химическа формула и местоположението му в липидната двуслойна мембрана са показани на фиг. 5 е способен да приеме два електрона. След двукратното активиране на реакционния център PS2, молекулата пластохинон Q B ще получи два електрона:

Q B + 2е - → Q B 2–.

Отрицателно заредената молекула Q B 2– има висок афинитет към водородните йони, който улавя от стромалното пространство. След протониране на редуцирания пластохинон Q B 2– (Q B 2– + 2H + → QH 2) се образува електрически неутрална форма на тази молекула, QH 2, която се нарича пластохинол (фиг. 5). Пластохинолът играе ролята на мобилен носител на два електрона и два протона: напускайки PS2, молекулата QH2 може лесно да се придвижва вътре в тилакоидната мембрана, осигурявайки на PS2 други електронотранспортни комплекси.

Окисленият реакционен център PS2 P 680 има изключително висок електронен афинитет; е много силно окислително средство. Поради това в PS2 се получава разлагането на вода, химично стабилно съединение. Комплексът за водоотделяне (WSC), включен в PS2, съдържа в своя активен център група манганови йони (Mn 2+), които служат като донори на електрони за P 680. Чрез даряване на електрони на окисления реакционен център, мангановите йони се превръщат в „акумулатори“ на положителни заряди, които пряко участват в реакцията на водно окисление. В резултат на последователното четирикратно задействане на реакционния център P 680, в Mn-съдържащия активен център на P680 се натрупват четири силни окислителни еквивалента (или четири „дупки“) под формата на окислени манганови йони (Mn 4+), които, взаимодействайки с две водни молекули, катализират реакцията на разлагане вода:

2Mn 4+ + 2H 2 O → 2Mn 2+ + 4H + + O 2.

По този начин, след последователното прехвърляне на четири електрона от BPK към P 680, две молекули вода се разлагат едновременно, придружени от освобождаването на една молекула кислород и четири водородни йона, които влизат в интратилакоидното пространство на хлоропласта.

Молекулата на пластохинол QH 2, образувана по време на функционирането на PS2, се дифузира в липидния бислой на тилакоидната мембрана към b / f-комплекса (фиг. 4 и 5). При сблъсък с b / f комплекса молекулата QH 2 се свързва с него и след това прехвърля два електрона към него. В този случай за всяка молекула пластохинол, окислена от b / f-комплекса, в тилакоида се освобождават два водородни йона. На свой ред, b / f-комплексът служи като електронен донор за пластоцианин (P c), относително малък водоразтворим протеин, в който активният център съдържа меден йон (реакциите на редукция и окисление на пластоцианина са придружени от промени във валентността на медния йон Cu 2+ + e - ↔ Cu +). Пластоцианинът действа като връзка между b / f комплекса и PS1. Молекулата на пластоцианина бързо се придвижва вътре в тилакоида, осигурявайки електронен трансфер от b / f комплекса към PS1. От редуцирания пластоцианин електрон отива директно към окислените реакционни центрове PS1 - P 700 + (вж. Фиг. 4). По този начин, в резултат на комбинираното действие на PS1 и PS2, два електрона от разложената в PS2 водна молекула в крайна сметка се прехвърлят през електронната транспортна верига към молекулата NADP +, осигурявайки образуването на силен редуциращ агент NADP H.

Защо хлоропластите се нуждаят от две фотосистеми? Известно е, че фотосинтетичните бактерии, които използват различни органични и неорганични съединения (например H 2 S) като електронен донор за намаляване на окислените реакционни центрове, успешно функционират с една фотосистема. Появата на две фотосистеми най-вероятно се дължи на факта, че енергията на един квант видима светлина не е достатъчна, за да осигури разлагането на водата и ефективното преминаване на електрон по веригата на молекулите носители от водата до NADP +. Преди около 3 милиарда години на Земята се появиха синьо-зелени водорасли или цианобактерии, които придобиха способността да използват вода като източник на електрони за намаляване на въглеродния диоксид. В момента се смята, че PS1 е получен от зелени бактерии, а PS2 от лилави бактерии. След като по време на еволюционния процес PS2 беше „включен“ в една верига за електронен трансфер заедно с PS1, стана възможно да се реши енергийният проблем - да се преодолее доста голяма разлика в редокс потенциалите на двойките кислород / вода и NADP + / NADPH. Появата на фотосинтетични организми, способен да окислява вода, се превърна в един от най-важните етапи в развитието на дивата природа на Земята. Първо, водораслите и зелените растения, след като са се „научили“ да окисляват водата, са завладели неизчерпаем източник на електрони за редукция на NADP +. На второ място, разлагайки водата, те напълниха земната атмосфера с молекулярен кислород, като по този начин създадоха условия за бързото еволюционно развитие на организмите, чиято енергетика е свързана с аеробно дишане.

Свързване на процеси на електронен транспорт с трансфер на протони и синтез на АТФ в хлоропласти

Прехвърлянето на електрон по СЕТ обикновено е придружено от намаляване на енергията. Този процес може да се оприличи на спонтанното движение на тялото по наклонена равнина. Намаляването на енергийното ниво на електрона по време на движението му по СЕЕ изобщо не означава, че прехвърлянето на електрон винаги е енергийно безполезен процес. При нормални условия на функциониране на хлоропласта, по-голямата част от енергията, освободена по време на електронен транспорт, не се губи безполезно, а се използва за експлоатация на специален енергопреобразуващ комплекс, наречен АТФ синтаза. Този комплекс катализира енергийно неблагоприятния процес на образуване на АТФ от АДФ и неорганичен фосфат Ф i (реакция ADP + Ф i → ATP + H 2 O). В тази връзка е обичайно да се казва, че енергийните процеси на електронния транспорт са свързани с енергоприемащите процеси на синтеза на АТФ.

Процесите на транспортиране на протони играят важна роля за осигуряване на енергийна конюгация в тилакоидните мембрани, както и при всички други енергопреобразуващи органели (митохондрии, хроматофори на фотосинтетични бактерии). Синтезът на АТФ е тясно свързан с прехвърлянето на три протона чрез АТФ синтаза от тилакоидите (3Н в +) към стромата (3Н навън +):

ADP + Phi + 3H в + → ATP + H 2 O + 3H изход +.

Този процес става възможен, тъй като поради асиметричното разположение на носителите в мембраната, функционирането на хлоропласт CET води до натрупване на излишно количество протони вътре в тилакоида: водородните йони се абсорбират отвън на етапите на NADP + редукция и образуването на пластохинол и се отделят във вътрешността на тилакоидите на етапите на разлагане на водата и окисляване на пластохинол (Фиг. 4). Осветяването на хлоропластите води до значително (100-1000 пъти) повишаване на концентрацията на водородни йони вътре в тилакоидите.

И така, ние разгледахме веригата от събития, по време на които енергията на слънчевата светлина се съхранява под формата на енергия на високоенергийни химични съединения - ATP и NADPH.Тези продукти от светлинния етап на фотосинтезата се използват в тъмните етапи за образуване на органични съединения (въглехидрати) от въглероден диоксид и вода. Основните етапи на преобразуване на енергията, водещи до образуването на АТФ и NADPH, включват следните процеси: 1) абсорбиране на светлинна енергия от пигменти на светлинносъбиращата антена; 2) пренос на възбудителна енергия към фотореакционния център; 3) окисляване на фотореакционния център и стабилизиране на отделени заряди; 4) електронен трансфер по електронно-транспортната верига, образуването на NADPH; 5) трансмембранен транспорт на водородни йони; 6) АТФ синтез.

1. Албертс Б., Брей Д., Луис Дж., Робъртс К., Уотсън Дж. Молекулярно-клетъчна биология. Т. 1. - М.: Мир, 1994 г. 2-ро изд.
2. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н. Лекции по биофизика на фотосинтезата на растенията. - М.: Издателство на Московския държавен университет, 1988.
3. Никълс Д.Д. Биоенергия. Въведение в хемиосмотичната теория. - М.: Мир, 1985.
4. Скулачев В.П. Енергия на биологичните мембрани. - М.: Наука, 1989.

резюмета на други презентации

„Въпроси от Единния държавен изпит по биология 2013“ - Генотип на организма. Симбиотична връзка. Протеинова молекула. Основни грешки. Тютюнев дим. Прилики и разлики между мутационната и комбинативната променливост. Нуклеотид. Колко клетки се образуват в резултат на мейоза. Протеинови молекули. Кръвна група. Синдром на Даун. Триплет от нуклеотиди. Етапи на енергиен метаболизъм. Консултация по биология. Тромбоцити. Комбинативна променливост. Способност за химио-автотрофно хранене.

"Болести на отделителната система" - Цистит. Уретрит. Диабетна нифропатия. Нефрогенна анемия. Уролитиазна болест. Пиелонефрит. Хидронефроза. Поликистозна бъбречна болест. Бъбречна колика. Амилоидоза на бъбреците. Остри заболявания на органите на отделителната система. Простатит.

"Палеогенов период" - климат. Климатът дори беше тропически. Кайнозойска ера. Костни риби. Олигоцен. Началото на палеогена. Животински свят. Диатрими. Палеоген. Фантейл беззъби птици. Горен еоцен. Палеогенов период.

„Въпроси от изпита по биология“ - Разцветът на класа на птиците. Какво възпроизвеждане се нарича асексуално. Каква е структурата на хлоропласта съдържа ензими? Установете съответствие между чертата и органа. Соматични мутации. Появата на тъкани. Възприемане на дразнене. При гръбначните органи на слуха се променя в хода на еволюцията. Анализ на резултатите от изпита по биология. Плацентация. Появата на белите дробове. Структура на очите. Колко автозоми има в ядрата на соматичните клетки?

„Правила за здравословно хранене“ - Организиране на столове от пълния цикъл. Изпълнение на програмата. Пиле. Резултати от изпълнението на програмата. Протеин. Правилното хранене е начин на живот. Здравословно хранене. Правилното хранене. Теория за храненето. Училищно хранене. Класическата теория за балансирано хранене. Цялостна реорганизация на училищната система за хранене. Диети. Цели и задачи на програмата. Има 2 варианта за разработване на дажба за храна в училище.

„Производство на млечни продукти“ - Изследване на качеството на млякото. Строителство. Животновъдна индустрия. Отчет за турнето. Определяне на въглехидратите в млякото. Старицки завод за масло и сирене. Изречение. Произведения на критици и анализатори. Произведено мляко. Принос на великия учен. Приносът на Дмитрий Иванович Менделеев за развитието на млечната индустрия. Истински учен. Поръчка. Развитие на производството на сирене. Идеи. Определяне на мазнини. Свойства на млечните съставки.

Днес ще говорим за организми, които използват слънчева енергия в живота си. За това е необходимо да се засегне такава наука като биоенергията. Тя изучава начини за трансформиране на енергията от живите организми и нейното използване в процеса на живот. Биоенергията се основава на термодинамиката. Тази наука описва механизмите за преобразуване на различни видове енергия един в друг. Включително използването и преобразуването на слънчевата енергия от различни организми. С помощта на термодинамиката можете напълно да опишете енергийния механизъм на процесите, протичащи около нас. Но с помощта на термодинамиката е невъзможно да се разбере същността на този или онзи процес. В тази статия ще се опитаме да обясним механизма на използване на слънчевата енергия от живите организми.

За да опишем трансформацията на енергията в живите организми или други обекти на нашата планета, трябва да ги разгледаме от гледна точка на термодинамиката. Тоест система, която обменя енергия с околната среда и предметите. Те могат да бъдат разделени на следните системи:

• Затворен;
• Изолирани;
• Отворете.

Живите организми, които са разгледани в тази статия, принадлежат към отворени системи. Те провеждат непрекъснат обмен на енергия с операционната система и околните обекти. Заедно с водата, въздуха, храната в организма попадат всякакви химикали, които се различават от него по химичен състав. Попаднали в тялото, те се обработват дълбоко. Те претърпяват поредица от промени и стават подобни на химичния състав на тялото. След това те временно влизат в тялото.

След известно време тези вещества се унищожават и осигуряват на тялото енергия. Продуктите им от разграждането се отстраняват от тялото. Други молекули запълват мястото си в тялото. В този случай целостта на структурата на тялото не е нарушена. Такова усвояване и преработка на енергия в тялото осигурява обновяването на тялото. Енергийният метаболизъм е от съществено значение за съществуването на всички живи организми. Когато процесите на преобразуване на енергия в тялото спират, то умира.

Слънчевата светлина е източникът на биологична енергия на Земята. Ядрената енергия на слънцето осигурява производството на лъчиста енергия. Водородните атоми в нашата звезда се превръщат в атоми в резултат на реакцията. Освободената по време на реакцията енергия се освобождава под формата на гама-лъчение. Самата реакция изглежда така:

4Н? He4 + 2e + hv, където

v е дължината на вълната на гама лъчите;

h е константата на Планк.

По-късно, след взаимодействието на гама-лъчението и електроните, енергията се освобождава под формата на фотони. Тази светлинна енергия се излъчва от небесно тяло.

Когато достигне повърхността на нашата планета, слънчевата енергия се улавя и преобразува от растенията. В тях слънчевата енергия се превръща в химическа енергия, която се съхранява под формата на химически връзки. Това са връзките, които свързват атомите в молекулите. Пример е синтезът на глюкоза в растенията. Първият етап от това преобразуване на енергия е фотосинтезата. Растенията го снабдяват с хлорофил. Този пигмент преобразува лъчистата енергия в химическа енергия. Налице е синтез на въглехидрати от H 2 O и CO 2. Това гарантира растежа на растенията и трансфера на енергия към следващия етап.

Следващият етап на енергиен трансфер настъпва от растения към животни или бактерии. На този етап енергията на въглехидратите в растенията се превръща в биологична енергия. Това се случва по време на окисляването на растителните молекули. Количеството получена енергия съответства на количеството, изразходвано за синтез. Част от тази енергия се превръща в топлина. В резултат на това енергията се съхранява във високоенергийните връзки на аденозин трифосфата. Така слънчевата енергия, преминавайки през поредица от трансформации, се появява в живите организми в различна форма.

Тук си струва да се даде отговор на често задавания въпрос: "Кой органоид използва енергията на слънчевата светлина?" Това са хлоропласти, участващи в процеса на фотосинтеза. Те го използват за синтеза на органични вещества от неорганични вещества.

Същността на целия живот се крие в непрекъснатия поток от енергия. Непрекъснато се движи между клетките и организмите. На клетъчно ниво съществуват ефективни механизми за преобразуване на енергията. Има 2 основни структури, при които енергията се преобразува:

• Хлоропласти;
• Митохондрии.

Човекът, подобно на други живи организми на планетата, попълва енергийните запаси от храната. Освен това, част от консумираните растителни продукти (ябълки, картофи, краставици, домати) и част от животното (месо, риба и други морски дарове). Животните, които ядем, също получават енергия от растенията. Следователно цялата енергия, получена от тялото ни, се преобразува от растенията. И те го имат в резултат на преобразуването на слънчевата енергия.

Според вида на производството на енергия всички организми могат да бъдат разделени на две групи:

• Фототрофи. Черпете енергия от слънчева светлина;
• Хемотрофи. Енергията се получава по време на редокс реакция.

Тоест слънчевата енергия се използва от растенията, а животните получават енергия, която се намира в органичните молекули, докато яде растения.

Как се превръща енергията в живите организми?

Има 3 основни типа енергия, преобразувана от организмите:

• Преобразуване на лъчиста енергия. Този тип енергия носи слънчева светлина. При растенията лъчистата енергия се улавя от пигмента хлорофил. В резултат на фотосинтезата той се превръща в химическа енергия. Това от своя страна се използва в процеса на синтез на кислород и други реакции. Слънчевата светлина носи кинетична енергия и в растенията се превръща в потенциална енергия. Полученият енергиен резерв се съхранява в хранителни вещества. Например във въглехидратите;
• Преобразуване на химическа енергия. От въглехидрати и други молекули се превръща в енергия на високоенергийни фосфатни връзки. Тези трансформации се извършват в митохондриите.
• Преобразуване на енергия на високоенергийни фосфатни връзки. Консумира се от клетките на живия организъм за извършване на различни видове работа (механична, електрическа, осмотична и др.).

По време на тези трансформации част от енергийния запас се губи и разсейва под формата на топлина.

Използване на съхранената енергия от организмите

В процеса на метаболизма тялото получава енергиен резерв, изразходван за биологична работа. Това може да бъде лека, механична, електрическа, химическа работа. А тялото изразходва много голяма част от енергията си под формата на топлина.

Основните видове енергия в тялото са обобщени по-долу:

• Механични. Той характеризира движението на макротела, както и механичната работа по тяхното преместване. Тя може да бъде разделена на кинетична и потенциална. Първият се определя от скоростта на движение на макротела, а вторият се определя от тяхното местоположение един спрямо друг;
• Химически. Определя се от взаимодействието на атомите в молекулата. Това е енергията на електроните, които се движат по орбитите на молекулите и атомите;
• Електрически. Именно взаимодействието на заредените частици ги кара да се движат в електрическо поле;
• Осмотичен. Консумира се при движение срещу градиента на концентрация на молекулите на веществото;
• Регулаторна енергия.
• Термична. Определя се от хаотичното движение на атомите и молекулите. Основната характеристика на това движение е температурата. Този тип енергия е най-отстъпката от всички изброени по-горе.

Връзката между температурата и кинетичната енергия на атома може да се опише със следната формула:

Е h \u003d 3 / 2rT, където

r е константата на Boltzmann (1.380 * 10 -16 erg / deg).

Как се отделя енергия от хранителните вещества?

В процеса на извличане на енергия от хранителни вещества има 3 условни етапа;

• Подготвителен. Тази стъпка е необходима за превръщане на биополимерите в хранителните клетки в мономери. Тази форма е най-подходяща за извличане на енергия. Този процес (хидролиза) протича в червата или отвътре. Хидролизата се осъществява с участието на лизозоми и цитоплазмени ензими. Енергийната стойност на този етап е нула. На този етап се освобождава 1% от енергийната стойност на основите и цялата тя се губи под формата на топлина;
• На втория етап мономерите се разлагат частично с образуването на междинни продукти. Образуват се киселини на цикъла на Кребс и ацетил-КоА. Количеството на първоначалните субстрати на този етап се намалява до три и се освобождават до 20 процента от енергийния запас на субстратите. Процесът е анаеробен, т.е. без кислород. Енергията се съхранява частично във фосфатните връзки на АТФ, а останалата част се изразходва под формата на топлина. Разпадането на мономерите се случва в хиалоплазмата, а останалите процеси - в митохондриите;
• На последния етап разграждането на мономерите до H 2 O и CO 2 протича в реакция с участието на кислород. Биологичното окисление настъпва с пълното освобождаване на енергийните резерви. От трите метаболита, които са присъствали в предишната стъпка, остава само H2. Това е универсално гориво в дихателната верига. На този етап се освобождават останалите 80 процента от енергийните доставки. Част от енергията излиза под формата на топлина, а останалата част се натрупва във фосфатни връзки. Всички реакции от този етап протичат в митохондриите.

Освобождаването на енергия в живите клетки става постепенно. На всички етапи на освобождаване той може да се натрупва в химическа форма, удобна за клетките на веществото. Енергийната структура на клетката включва 3 различни функционални блока, в които протичат различни процеси:

• I-процеси (образуването на окислителни субстрати, които съответстват на окислителния ензим в клетките);
• S-H2 блок (окислителен субстрат);
• Процеси за генериране на водород H. Изходът е KH 2 (водород с коензим).

Такива сложни многоетапни процеси се случват по време на преобразуването на слънчевата енергия в растенията и живите организми.
Ако статията се оказа полезна за вас, споделете линка към нея в социалните мрежи. Това ще помогне за развитието на сайта. Гласувайте в анкетата по-долу и оценете материала! Оставете корекции и допълнения към статията в коментарите.

Публикувано в

Част C1-C4 задания Въпрос:Какъв хромозомен набор е типичен за борови иглички и клетки от пулпа на сперматозоидите? Обяснете от какви първоначални клетки и в резултат на какво разделение се образуват тези клетки.

Отговор:В клетките на борови игличките набор от хромозоми е 2n; в борови сперматозоиди - n. Възрастно борово растение се развива от зигота (2n). Боровите сперматозоиди се развиват от хаплоидни спори (n) от
митоза.

Въпрос:Проследете пътя на водорода в светлите и тъмните етапи на фотосинтезата от момента на образуването му до синтеза на глюкоза.

Отговор: Б В светлинната фаза на фотосинтезата под въздействието на слънчевата светлина настъпва водна фотолиза и се образуват водородни йони. В леката фаза водородът се комбинира с носителя NADP + и се образува NADP 2H. В тъмната фаза водородът от NADP 2H се използва в реакцията на редукция на междинни съединения, от които се синтезира глюкоза.

Въпрос:Как става преобразуването на енергията на слънчевата светлина в светлата и тъмната фази на фотосинтезата в енергията на химичните връзки на глюкозата? Обяснете отговора.

Отговор:В светлинната фаза на фотосинтезата енергията на слънчевата светлина се превръща в енергия на възбудени електрони, а след това енергията на възбудените електрони се превръща в енергия на АТФ и НАДФН. В тъмната фаза на фотосинтезата енергията на ATP и NADP-H се превръща в енергията на химичните връзки на глюкозата.

Въпрос: Каква е ролята на електроните в молекулите на хлорофила при фотосинтезата?

Отговор:Електроните на хлорофила, възбудени от слънчева светлина, преминават по електронно-транспортните вериги и отдават енергията си за образуването на АТФ и НАДФН.

Въпрос:Скоростта на фотосинтеза зависи от ограничаващи (ограничаващи) фактори, сред които се излъчват светлина, концентрация на въглероден диоксид, температура. Защо тези фактори са ограничаващи за фотосинтетичните реакции?

Отговор:Светлината е необходима за възбуждане на хлорофила, тя доставя енергия за процеса на фотосинтеза. Въглеродният диоксид е необходим в тъмната фаза на фотосинтезата, от него се синтезира глюкоза. Изменението на температурата води до денатурация на ензимите, реакциите на фотосинтеза се забавят.

Въпрос:Част от една от двете вериги на ДНК молекулата съдържа 300 нуклеотида с аденин (А), 100 нуклеотида с тимин (Т), 150 нуклеотида с гуанин (G) и 200 нуклеотида с цитозин (С). Колко нуклеотиди с A, T, G и C се съдържат в двуверижната ДНК молекула? Колко аминокиселини трябва да съдържа протеинът, кодиран от тази област на молекулата на ДНК? Обяснете отговора.

Отговор:Ако в една ДНК верига 300 A, 100 T, 150 G и 200 C, то в комплементарната верига, съответно, 300 T, 100 A, 150 C и 200 G. Следователно, в двуверижна ДНК 400 A, 400 T, 350 G и 350 С. Ако в една ДНК верига 300 + 100 +150 + 200 \u003d 750 нуклеотиди, тогава има 750/3 \u003d 250 триплети. Следователно този участък от ДНК кодира 250 аминокиселини.

Въпрос:В една ДНК молекула нуклеодидите с тимин (Т) съставляват 24% от общия брой нуклеотиди. Определете количеството (в%) нуклеотиди с гуанин (G), аденин (A), цитозин (C) в ДНК молекулата и обяснете получените резултати.

Отговор:Ако 24% T, то според принципа на допълняемост 24% A. Като цяло A и T представляват 48%, следователно G и C общо представляват 100% -48% \u003d 52%. Количеството G е равно на количеството C, 52% / 2 \u003d 26%.

1. Какви фактори на околната среда допринасят за регулирането на броя на вълците в екосистемата?

Отговор:
1) антропогенни: намаляване на горските площи, прекомерен лов;
2) биотични: липса на храна, конкуренция, разпространение на болести.

2. Определете вида и фазата на клетъчното делене, показани на фигурата. Какви процеси протичат в тази фаза?

Отговор:
1) фигурата показва метафазата на митозата;
2) нишките на вретеното са прикрепени към хромозомни центромери;
3) в тази фаза хромозомите на дихроматидите се подреждат в екваториалната равнина.

3. Защо орането на почвата подобрява условията на живот на културните растения?

Отговор:
1) насърчава унищожаването на плевелите и отслабва конкуренцията с културните растения;
2) допринася за снабдяването на растенията с вода и минерали;
3) увеличава доставката на кислород към корените.

4. По какво се различава естествената екосистема от агроекосистемата?

Отговор:
1) голямо биоразнообразие и разнообразие на хранителни връзки и хранителни вериги;
2) балансирана циркулация на вещества;
3) дълги периоди на съществуване.

5. Обяснете механизмите, които осигуряват постоянството на броя и формата на хромозомите във всички клетки на организмите от поколение на поколение?

Отговор:
1) поради мейоза се образуват гамети с хаплоиден набор от хромозоми;
2) по време на оплождането в зиготата се възстановява диплоидният набор от хромозоми, което осигурява постоянството на хромозомния набор;
3) растежът на организма се дължи на митоза, която осигурява постоянството на броя на хромозомите в соматичните клетки.

6. Каква е ролята на бактериите в кръговрата на веществата?

Отговор:
1) бактерии-хетеротрофи - редукторите разлагат органичните вещества до минерали, които се усвояват от растенията;
2) бактерии-автотрофи (снимки, хемотрофи) - производителите синтезират органични вещества от неорганични, осигурявайки циркулацията на кислород, въглерод, азот и др.

7. Какви са характеристиките на бриофитите?

Отговор:
2) мъховете се размножават както полово, така и безполово с редуващи се поколения: полови (гаметофит) и безполови (спорофит);
3) растение мъх за възрастни е полово поколение (гаметофит), а капсула със спори е безполова (спорофит);
4) оплождането става в присъствието на вода.

8. Катериците по правило живеят в иглолистната гора и се хранят предимно със смърчови семена. Какви биотични фактори могат да доведат до намаляване на популацията на протеини?

9. Известно е, че апаратът на Голджи е особено добре развит в жлезистите клетки на панкреаса. Обясни защо.

Отговор:
1) ензимите се синтезират в клетките на панкреаса, които се натрупват в кухините на апарата на Голджи;
2) в апарата на Голджи ензимите са опаковани под формата на мехурчета;
3) от апарата на Голджи, ензимите се пренасят в панкреатичния канал.

10. Рибозомите от различни клетки, целият набор от аминокиселини и идентични иРНК и тРНК молекули бяха поставени в епруветка, бяха създадени всички условия за синтез на протеини. Защо един вид протеин ще се синтезира в епруветка върху различни рибозоми?

Отговор:
1) първичната структура на протеина се определя от последователността на аминокиселините;
2) шаблони за протеинов синтез са същите молекули на иРНК, в които е кодирана една и съща структура на първичен протеин.

11. Какви структурни особености са характерни за представители от типа на Чордов?

Отговор:
1) вътрешен аксиален скелет;
2) нервната система под формата на тръба от гръбната страна на тялото;
3) пукнатини в храносмилателната тръба.

12. Детелина расте на поляната, опрашва се от пчели. Какви биотични фактори могат да доведат до намаляване на популацията на детелината?

Отговор:
1) намаляване на броя на пчелите;
2) увеличаване на броя на тревопасните животни;
3) възпроизвеждане на растения на конкуренти (зърнени култури и др.).

13. Общата маса на митохондриите спрямо масата на клетките на различни органи на плъхове е: в панкреаса - 7,9%, в черния дроб - 18,4%, в сърцето - 35,8%. Защо в клетките на тези органи има различно митохондриално съдържание?

Отговор:
1) митохондриите са енергийните станции на клетката, в тях се синтезират и натрупват молекули АТФ;
2) за интензивната работа на сърдечния мускул са необходими много енергия, поради което съдържанието на митохондрии в неговите клетки е най-високо;
3) в черния дроб броят на митохондриите е по-голям, отколкото в панкреаса, тъй като в него има по-интензивен метаболизъм.

14. Обяснете защо е опасно да се яде сурово или леко сготвено говеждо, което не е хигиенизирано.

Отговор:
1) говеждото месо може да съдържа фински говежди тения;
2) възрастен червей се развива от финландците в храносмилателния канал и човекът става окончателен собственик.

15. Назовете органоида на растителните клетки, показан на фигурата, неговите структури, посочени с номера 1-3, и техните функции.

Отговор:
1) изобразеният органоид - хлоропласт;
2) 1 - грана тилакоиди, участват във фотосинтеза;
3) 2 - ДНК, 3 - рибозоми, участват в синтеза на собствените протеини на хлоропласта.

16. Защо бактериите не могат да бъдат класифицирани като еукариоти?

Отговор:
1) в техните клетки ядреното вещество е представено от една кръгла ДНК молекула и не е отделено от цитоплазмата;
2) нямат митохондрии, комплекс на Голджи, EPS;
3) нямат специализирани зародишни клетки, няма мейоза и оплождане.

17. Какви промени в биотичните фактори могат да доведат до увеличаване на популацията на гол охлюв, който живее в гората и се храни главно с растения?

18. В листата на растенията процесът на фотосинтеза е интензивен. Среща ли се в узрели и неузрели плодове? Обяснете отговора.

Отговор:
1) фотосинтезата се случва в незрели плодове (докато те са зелени), тъй като те съдържат хлоропласти;
2) като узреят, хлоропластите се превръщат в хромопласти, при които фотосинтеза не настъпва.

19. Какви етапи на гаметогенезата са посочени на фигурата с буквите A, B и C? Какъв набор от хромозоми имат клетките на всеки от тези етапи? До какви специализирани клетки води този процес?

Отговор:
1) А - етап (зона) на размножаване (деление), клетките са диплоидни;
2) В - етап (зона) на растеж, клетката е диплоидна;
3) В - етапът (зоната) на узряване, клетките са хаплоидни, развиват се сперматозоиди.

20. В каква структура се различават бактериалните клетки от клетките на организмите от други царства на живата природа? Моля, посочете поне три разлики.

Отговор:
1) няма образувано ядро, ядрена обвивка;
2) липсват редица органели: митохондрии, EPS, комплекс на Голджи и др .;
3) имат една пръстенна хромозома.

21. Защо растенията (производителите) се считат за първоначална връзка в цикъла на веществата и превръщането на енергията в екосистемата?

Отговор:
1) създават органични вещества от неорганични;
2) натрупват слънчева енергия;
3) осигуряват органични вещества и енергия на организмите от други части на екосистемата.

22. Какви процеси осигуряват движението на вода и минерали в растението?

Отговор:
1) от корена до листата, водата и минералите се движат през съдовете поради транспирация, в резултат на което възниква смучеща сила;
2) възходящият ток в растението се улеснява от кореновото налягане, което възниква в резултат на постоянния приток на вода в корена поради разликата в концентрацията на вещества в клетките и околната среда.

23. Помислете за клетките, показани на фигурата. Определете кои букви представляват прокариотни и еукариотни клетки. Представете доказателства за вашата гледна точка.

Отговор:
1) А - прокариотна клетка, В - еукариотна клетка;
2) клетката на фигура А няма образувано ядро, нейният наследствен материал е представен от кръгла хромозома;
3) клетката на фигура Б има образувано ядро \u200b\u200bи органели.

24. Какво е усложнението на кръвоносната система на земноводните в сравнение с рибите?

Отговор:
1) сърцето става трикамерно;
2) появява се вторият кръг на кръвообращението;
3) сърцето съдържа венозна и смесена кръв.

25. Защо смесената горска екосистема се счита за по-устойчива от смърчовата горска екосистема?

Отговор:
1) в смесена гора има повече видове, отколкото в смърчова;
2) хранителните вериги в смесена гора са по-дълги и по-разклонени, отколкото в смърчова;
3) в смесена гора има повече нива, отколкото в смърчова гора.

26. Секция от ДНК молекулата има следния състав: GATGAATAGTGCTTC. Избройте поне три последствия, които могат да доведат до случайно заместване на седмия нуклеотиден тимин с цитозин (С).

Отговор:
1) ще настъпи генна мутация - кодонът на третата аминокиселина ще се промени;
2) в протеин една аминокиселина може да бъде заменена с друга, в резултат на което основната структура на протеина ще се промени;
3) всички други протеинови структури могат да се променят, което ще доведе до появата на нова черта в тялото.

27. Червените водорасли (пурпурни) живеят на големи дълбочини. Въпреки това, фотосинтезата се осъществява в техните клетки. Обяснете какво причинява фотосинтезата, ако водният стълб абсорбира лъчите на червено-оранжевата част на спектъра.

Отговор:
1) за фотосинтеза са необходими лъчи не само в червената, но и в синята част на спектъра;
2) червеният пигмент се съдържа в тъмночервените клетки, който поглъща лъчи от синята част на спектъра, тяхната енергия се използва в процеса на фотосинтеза.

28. Потърсете грешки в предоставения текст. Посочете номерата на изреченията, в които са допуснати грешки, поправете ги.
1. Чревни - това са трислойни многоклетъчни животни. 2. Имат стомашна или чревна кухина. 3. Чревната кухина включва жилещи клетки. 4. Чревните имат ретикуларна (дифузна) нервна система. 5. Всички целентерати са свободно плаващи организми.

1) 1 - цеелентерати - двуслойни животни;
2) 3 - жилещите клетки се съдържат в ектодермата, а не в чревната кухина;
3) 5 - сред киленотератите има прикрепени форми.

29. Как протича газообменът в белите дробове и тъканите при бозайниците? Каква е причината за този процес?

Отговор:
1) газообменът се основава на дифузия, която се дължи на разликата в концентрацията на газове (парциално налягане) във въздуха на алвеолите и в кръвта;
2) кислородът от зоната с високо налягане в алвеоларния въздух навлиза в кръвта, а въглеродният диоксид от зоната с високо налягане в кръвта навлиза в алвеолите;
3) в тъканите кислородът от зоната с високо налягане в капилярите постъпва в междуклетъчното вещество и след това в органните клетки. Въглеродният диоксид от зоната с високо налягане в междуклетъчното вещество навлиза в кръвта.

30. Какво е проявлението на участието на функционални групи организми в цикъла на веществата в биосферата? Помислете за ролята на всеки от тях в цикъла на веществата в биосферата.

Отговор:
1) производителите синтезират органични вещества от неорганични (въглероден диоксид, вода, азот, фосфор и други минерали), отделят кислород (с изключение на хемотрофите);
2) потребителите (и други функционални групи) на организмите използват и трансформират органични вещества, окисляват ги в процеса на дишане, абсорбирайки кислород и отделяйки въглероден диоксид и вода;
3) редукторите разлагат органичните вещества до неорганични съединения на азот, фосфор и др., Връщайки ги в околната среда.

31. Частта от ДНК молекулата, кодираща аминокиселинната последователност в протеина, има следния състав: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-Ts-T-T-Ts. Обяснете последиците от случайно добавяне на гуанин (G) нуклеотид между седмия и осмия нуклеотид.

Отговор:
1) ще настъпи генна мутация - кодовете на третата и следващите аминокиселини могат да се променят;
2) първичната структура на протеина може да се промени;
3) мутацията може да доведе до появата на нова черта в организма.

32. Какви растителни органи са повредени от майските бръмбари на различни етапи от индивидуалното развитие?

Отговор:
1) корените на растенията увреждат ларвите;
2) възрастни бръмбари увреждат листата на дърветата.

33. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на изреченията, в които са допуснати грешки, поправете ги.
1. Плоските червеи са трислойни животни. 2. Типът плоски червеи включва белия планарий, човешкия кръгъл червей и чернодробния метил. 3. Плоските червеи имат удължено сплескано тяло. 4. Имат добре развита нервна система. 5. Плоските червеи са двудомни животни, които снасят яйца.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - видът Плоски червеи не включва човешкия кръгъл червей, това е Кръглите червеи;
2) 4 - при плоските червеи нервната система е слабо развита;
3) 5 - Плоските червеи са хермафродити.

34. Какъв е плодът? Какво е значението му в живота на растенията и животните?

Отговор:
1) плодът е генеративният орган на покритосеменните;
2) съдържа семена, с помощта на които има размножаване и разпръскване на растения;
3) плодовете на растенията са храна за животните.

35. Повечето видове птици мигрират за зимата от северните райони, въпреки своята топлокръвност. Посочете поне три фактора, които карат тези животни да летят.

Отговор:
1) хранителни продукти от насекомоядни птици стават недостъпни за прибиране на реколтата;
2) ледената покривка на водните тела и снежната покривка на земята лишават растителноядните птици от храна;
3) промяна в продължителността на светлинните часове.

36. Какво мляко, стерилизирано или прясно доено, ще се вкисне по-бързо при същите условия? Обяснете отговора.

Отговор:
1) прясно доеното мляко ще вкисва по-бързо, тъй като съдържа бактерии, които причиняват ферментацията на продукта;
2) по време на стерилизация на млякото клетките и спорите на млечнокиселите бактерии умират и млякото се съхранява по-дълго.

37. Потърсете грешки в горния текст. Посочете броя на изреченията, в които са допуснати грешки, обяснете ги.
1. Основните класове от типа членестоноги са ракообразните, паякообразните и насекомите. 2. Тялото на ракообразните и паякообразните е разчленено на главата, гърдите и корема. 3. Тялото на насекомите се състои от цефалоторакс и корем. 4. Арахидни антени не. 5. Насекомите имат две двойки антени, докато ракообразните имат една двойка.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - тялото на ракообразните и паякообразните се състои от цефалоторакс и корем;
2) 3 - тялото на насекомите се състои от глава, гърди и корем;
3) 5 - насекомите имат една двойка антени, а ракообразните имат две двойки.

38. Докажете, че коренището на растението е модифициран издънка.

Отговор:
1) коренището има възли, в които има зачатъчни листа и пъпки;
2) на върха на коренището има апикална пъпка, която определя растежа на летораста;
3) адвентивни корени се простират от коренището;
4) вътрешната анатомична структура на коренището е подобна на стъблото.

39. Човекът използва химикали за борба с насекомите вредители. Посочете поне три промени в живота на дъбова гора, в случай че в нея химически се унищожат всички тревопасни насекоми. Обяснете защо ще се случат.

Отговор:
1) броят на опрашваните от насекоми растения рязко ще намалее, тъй като тревопасните насекоми са опрашители на растенията;
2) броят на насекомоядните организми (консуматори от втори ред) рязко ще намалее или те ще изчезнат поради нарушаване на хранителните вериги;
3) някои от химикалите, използвани за унищожаване на насекоми, ще попаднат в почвата, което ще доведе до нарушаване на живота на растенията, смърт на почвената флора и фауна, всички нарушения могат да доведат до смъртта на дъбовата гора.

40. Защо антибиотичното лечение може да причини чревна дисфункция? Посочете поне две причини.

Отговор:
1) антибиотиците убиват полезните бактерии, които живеят в червата на човека;
2) разграждане на целулоза, абсорбция на вода и други процеси.

41. Каква част от листа е посочена на фигурата с буквата А и от какви структури се състои? Какви функции изпълняват тези структури?

1) буквата А означава съдово-влакнест сноп (вена), снопът включва съдове, ситови тръби, механична тъкан;
2) корабите осигуряват транспорт на вода до листата;
3) ситовите тръби осигуряват транспорт на органични вещества от листата до други органи;
4) клетките на механичната тъкан дават сила и са скелет на листа.

42. Какви са характерните черти на царството на гъбите?

Отговор:
1) тялото на гъбите се състои от нишки - хифи, които образуват мицела;
2) размножават се по полов и безполов път (чрез спори, мицел, пъпки);
3) растат през целия живот;
4) в клетката: мембраната съдържа подобно на хитин вещество, резервно хранително вещество - гликоген.

43 В малък резервоар, образуван след наводнението на реката, са открити следните организми: реснички-чехли, дафнии, бяла планария, голям езерски охлюв, циклоп, хидра. Обяснете дали този воден басейн може да се счита за екосистема. Моля, представете поне три доказателства.

Отговор:
Посоченият временен резервоар не може да се нарече екосистема, тъй като съдържа:
1) няма производители;
2) няма редуктори;
3) няма затворена циркулация на вещества и хранителните вериги са нарушени.

44. Защо под турникета, който се прилага за спиране на кървенето от големи кръвоносни съдове, се поставя бележка, указваща времето на прилагането му?

Отговор:
1) след като прочетете бележката, можете да определите колко време е минало от прилагането на турникета;
2) ако след 1-2 часа не е било възможно да се предаде пациентът на лекар, тогава турникетът трябва да се разхлаби за известно време. Това ще предотврати некроза на тъканите.

45. Назовете структурите на гръбначния мозък, посочени на фигурата с цифри 1 и 2, и опишете характеристиките на тяхната структура и функция.

Отговор:
1) 1 - сиво вещество, образувано от телата на невроните;
2) 2 - бяло вещество, образувано от дълги процеси на неврони;
3) сивото вещество изпълнява рефлекторна функция, бялото вещество - проводима функция.

46. \u200b\u200bКаква роля играят слюнчените жлези в храносмилането на бозайниците? Избройте поне три функции.

Отговор:
1) секретът на слюнчените жлези овлажнява и дезинфекцира храната;
2) слюнката участва в образуването на хранителна бучка;
3) ензимите на слюнката допринасят за разграждането на нишестето.

47. В резултат на вулканичната дейност в океана се е образувал остров. Опишете последователността на формиране на екосистема върху новообразувано парче земя. Избройте поне три елемента.

Отговор:
1) първите, които се заселват, са микроорганизмите и лишеите, които осигуряват почвообразуване;
2) растенията се заселват в почвата, спори или семена от които се носят от вятър или вода;
3) с развитието на растителността в екосистемата се появяват животни, предимно членестоноги и птици.

48. Опитните градинари прилагат тор върху жлебовете, разположени по краищата на стволовите кръгове на овощните дървета, вместо да ги разпределят равномерно. Обясни защо.

Отговор:
1) кореновата система расте, смукателната зона се движи зад върха на корена;
2) корени с развита смукателна зона - коренови власинки - са разположени по краищата на стволовите кръгове.

49. Каква е модифицираната издънка, показана на фигурата? Назовете елементите на сградата, посочени на фигурата, с числата 1, 2, 3 и функциите, които те изпълняват.

Отговор:
1) лук;
2) 1 - сочен люспест лист, в който се съхраняват хранителни вещества и вода;
3) 2 - адвентивни корени, които осигуряват усвояването на водата и минералите;
4) 3 - пъпка, осигурява растеж на издънките.

50. Какви са особеностите на строежа и живота на мъховете? Избройте поне три елемента.

Отговор:
1) повечето мъхове са листни растения, някои от тях имат ризоиди;
2) диригентската система е слабо развита при мъховете;
3) мъховете се размножават както полово, така и безполово, с редуващи се поколения: полови (гаметофит) и безполови (спорофит); растението мъх за възрастни е полово поколение, а споровият шушулка е безполов.

51. В резултат на горски пожар част от смърчовата гора изгоря. Обяснете как ще се излекува сам. Избройте поне три стъпки.

Отговор:
1) първите, които се развиват са тревисти светлолюбиви растения;
2) след това се появяват издънки от бреза, трепетлика, бор, семената на които са уловени от вятъра, се образува дребнолистна или борова гора.
3) сенноустойчиви смърчове се развиват под навеса на светлолюбивите видове, които впоследствие напълно заместват други дървета.

52. За да се установи причината за наследственото заболяване, се изследват клетките на пациента и се установява промяна в дължината на една от хромозомите. Какъв метод на изследване позволи да се установи причината за това заболяване? С какъв вид мутация е свързан?

Отговор:
1) причината за заболяването е установена с помощта на цитогенетичния метод;
2) заболяването се причинява от хромозомна мутация - загуба или прикрепване на хромозомен фрагмент.

53. Каква буква на фигурата показва бластулата в цикъла на развитие на ланцетата. Какви са особеностите на образуването на бластула?

Отговор:
1) бластулата се обозначава с буквата G;
2) бластула се образува при разделяне на зиготата;
3) размерът на бластулата не надвишава размера на зиготата.

54. Защо гъбите са изолирани в специално царство на органичния свят?

Отговор:
1) тялото на гъбите се състои от тънки разклонени нишки - хифи, които образуват мицела или мицела;
2) мицеловите клетки съхраняват въглехидрати под формата на гликоген;
3) гъбите не могат да бъдат класифицирани като растения, тъй като в клетките им няма хлорофил и хлоропласти; стената съдържа хитин;
4) гъбите не могат да бъдат приписани на животните, тъй като те абсорбират хранителни вещества от цялата повърхност на тялото и не ги поглъщат под формата на хранителни бучки.

55 В някои горски биоценози дневните грабливи птици бяха масово изстрелвани, за да защитят пилетата. Обяснете как това събитие е повлияло на популацията на пилетата.

Отговор:
1) първоначално броят на пилетата се е увеличил, тъй като враговете им (естествено регулиращи броя) са били унищожени;
2) след това броят на пилетата е намалял поради липса на фураж;
3) броят на болните и отслабените индивиди се е увеличил поради разпространението на болести и отсъствието на хищници, което също е повлияло на намаляването на броя на пилетата.

56. Цветът на козината на белия заек се променя през цялата година: през зимата заекът е бял, а през лятото е сив. Обяснете какъв вид променливост се наблюдава при животното и какво определя проявата на тази черта.

Отговор:
1) при заек има проява на модифицирана (фенотипна, ненаследствена) изменчивост;
2) проявата на тази черта се определя от промяна в условията на околната среда (температура, продължителност на деня).

57. Назовете етапите на ембрионално развитие на ланцета, посочени на фигурата с буквите А и Б. Разширете характеристиките на формирането на всеки от тези етапи.
A B

Отговор:
1) А - гаструла - стадият на двуслоен ембрион;
2) B - неврула, има зачатъци на бъдеща ларва или възрастен организъм;
3) гаструлата се образува чрез инвагинация на стената на бластулата и нервната плоча се полага първо в неврулата, която служи като регулатор за полагане на останалите органи.

58. Кои са основните признаци на структурата и живота на бактериите. Посочете поне четири характеристики.

Отговор:
1) бактериите са предядрени организми, които нямат образувано ядро \u200b\u200bи много органели;
2) според начина на хранене на бактериите - хетеротрофи и автотрофи;
3) висока скорост на възпроизводство чрез разделяне;
4) анаероби и аероби;
5) неблагоприятни условия са в състояние на спор.

59. Каква е разликата между околната среда земя-въздух и водата?

Отговор:
1) съдържание на кислород;
2) различия в температурните колебания (широка амплитуда на колебанията в земно-въздушната среда);
3) степента на осветеност;
4) плътност.

Отговор:
1) водораслите имат способността да натрупват химическия елемент йод;
2) йодът е от съществено значение за нормалната функция на щитовидната жлеза.

61. Защо клетката на ресничестата обувка се счита за цялостен организъм? Какви органели от ресничести обувки са посочени на фигурата с цифри 1 и 2 и какви функции изпълняват?

Отговор:
1) ресничестата клетка изпълнява всички функции на независим организъм: метаболизъм, размножаване, раздразнителност, адаптация;
2) 1 - малко ядро, участва в половия процес;
3) 2 - голямо ядро, регулира жизнените процеси.

61. Какви са особеностите на структурата и живота на гъбите? Посочете поне три знака.

62. Обяснете щетите, причинени от киселинните дъждове. Посочете поне три причини.

Отговор:
1) директно увреждат органите и тъканите на растенията;
2) замърсяват почвата, намаляват плодородието;
3) намаляване на производителността на растенията.

63. Защо на пътниците се препоръчва да смучат близалки при излитане или кацане?

Отговор:
1) бързата промяна на налягането по време на излитане или кацане на самолет причинява дискомфорт в средното ухо, където първоначалният натиск върху тъпанчето продължава по-дълго;
2) преглъщащите движения подобряват достъпа на въздух до слуховата (евстахиевата) тръба, чрез която налягането в кухината на средното ухо се изравнява с налягането в околната среда.

64. Каква е разликата между кръвоносната система на членестоногите и кръвоносната система на анелидите? Посочете поне три признака, които доказват тези различия.

Отговор:
1) при членестоноги кръвоносната система е отворена, а при анелидите - затворена;
2) членестоногите имат сърце от гръбната страна;
3) анелидите нямат сърце; функцията му се изпълнява от пръстеновиден съд.

65. Какъв тип е животното, показано на снимката? Какви са числата 1 и 2? Назовете други членове от този тип.

Отговор:
1) към вида на чревните кухини;
2) 1 - ектодерма, 2 - чревна кухина;
3) коралови полипи, медузи.

66. Какви са проявите на морфологични, физиологични и поведенчески адаптации към температурата на околната среда при топлокръвните животни?

Отговор:
1) морфологични: топлоизолационна обвивка, подкожен мастен слой, промени в телесната повърхност;
2) физиологични: повишена интензивност на изпаряване на потта и влагата по време на дишането; стесняване или разширяване на кръвоносните съдове, промени в нивото на метаболизма;
3) поведенчески: изграждане на гнезда, дупки, промени в ежедневната и сезонната активност в зависимост от температурата на околната среда.

67. Как се осъществява потокът на генетична информация от ядрото към рибозомата?

Отговор:
1) синтезът на иРНК се осъществява в ядрото в съответствие с принципа на комплементарност;
2) иРНК - копие на парче ДНК, съдържащо информация за първичната структура на протеина, преминава от ядрото към рибозомата.

68. Какво е усложнението на папратите в сравнение с мъховете? Дайте поне три знака.

Отговор:
1) папратите имат корени;
2) при папратите, за разлика от мъховете, се е образувала развита проводяща тъкан;
3) в цикъла на развитие на папрат безполовата генерация (спорофит) преобладава над половата (гаметофит), която е представена от израстък.

69. Назовете ембрионалния слой на гръбначно животно, посочен на фигурата с цифрата 3. Какъв тип тъкан и какви органи се образуват от нея.

Отговор:
1) зародишният слой - ендодерма;
2 епителна тъкан (чревен и дихателен епител);
3) органи: черва, храносмилателни жлези, дихателни органи, някои жлези с вътрешна секреция.

70. Каква роля играят птиците в горската биоценоза? Дайте поне три примера.

Отговор:
1) регулира броя на растенията (разпределя плодове и семена);
2) регулира броя на насекомите, дребните гризачи;
3) служат като храна за хищници;
4) оплоди почвата.

71. Каква е защитната роля на левкоцитите в човешкото тяло?

Отговор:
1) левкоцитите са способни на фагоцитоза - поглъщат и смилат протеини, микроорганизми, мъртви клетки;
2) левкоцитите участват в производството на антитела, които неутрализират определени антигени.

72. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени, коригирайте ги.
Според хромозомната теория за наследствеността:
1. Гените са подредени в линеен ред върху хромозомите. 2. Всеки заема определено място - алел. 3. Гените на една хромозома образуват свързваща група. 4. Броят на свързващите групи се определя от диплоидния бор на хромозомите. 5. Нарушаване на генната връзка възниква по време на конюгацията на хромозомите в профазата на мейозата.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - местоположението на гена - локуса;
2) 4 - броят на свързващите групи е равен на хаплоидния набор от хромозоми;
3) 5 - нарушаване на генната връзка възниква по време на кръстосване.

73. Защо някои учени приписват зелена евглена на растенията, а други на животните? Посочете поне три причини.

Отговор:
1) е способен на хетеротрофно хранене, както всички животни;
2) е способен на активно движение в търсене на храна, както всички животни;
3) съдържа хлорофил в клетката и е способен на автотрофно хранене, подобно на растенията.

74. Какви процеси протичат на етапите на енергийния обмен?

Отговор:
1) в подготвителния етап сложните органични вещества се разлагат до по-малко сложни (биополимери - до мономери), енергията се разсейва под формата на топлина;
2) в процеса на гликолиза глюкозата се разгражда до пировиноградна киселина (или млечна киселина или алкохол) и се синтезират 2 молекули АТФ;
3) на етапа на кислорода пировиновата киселина (пируват) се разлага до въглероден диоксид и вода и се синтезират 36 молекули АТФ.

75. При рана, образувана върху човешкото тяло, кървенето спира с течение на времето, но може да възникне нагнояване. Обяснете на какви свойства на кръвта се дължи това.

Отговор:
1) кървенето е спряно поради коагулация на кръвта и образуване на кръвни съсиреци;
2) нагнояването се дължи на натрупването на мъртви левкоцити, извършили фагоцитоза.

76. Намерете грешки в текста, коригирайте ги. Посочете броя на изреченията, в които са допуснати грешки, обяснете ги.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - аминокиселините са мономери на протеини;
3) 6- рибозомите включват рРНК молекули, а не тРНК.

77. Какво е късогледство? В коя част на окото фокусира изображението на късоглед? Каква е разликата между вродена и придобита форма на късогледство?

Отговор:
1) късогледство е заболяване на органите на зрението, при което човек не различава ясно отдалечени обекти;
2) при миопичен човек изображението на предмети се появява пред ретината;
3) с вродена късогледство, формата на очната ябълка се променя (удължава);
4) придобитата късогледство е свързано с промяна (увеличаване) на кривината на лещата.

78. Каква е разликата между скелета на човешката глава и скелета на главата на маймуните? Посочете поне четири разлики.

Отговор:
1) преобладаване на церебралния участък на черепа над лицевия;
2) намаляване на челюстния апарат;
3) наличие на издатина на брадичката на долната челюст;
4) намаляване на надбъбречните арки.

79. Защо обемът на отделената урина от човешкото тяло на ден не е равен на обема течност, изпит през едно и също време?

Отговор:
1) част от водата се използва от тялото или се образува в метаболитни процеси;
2) част от водата се изпарява през дихателната система и потните жлези.

80. Намерете грешки в предоставения текст, коригирайте ги, посочете номерата на изреченията, в които са направени, запишете тези изречения без грешки.
1. Животните са хетеротрофни организми, те се хранят с готови органични вещества. 2. Разграничаване на едноклетъчни и многоклетъчни животни. 3. Всички многоклетъчни животни имат двустранна симетрия на тялото. 4. Повечето от тях са развили различни органи на движение. 5. Само членестоногите и хордовите имат кръвоносна система. 6. Постембрионалното развитие при всички многоклетъчни животни е пряко.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 3 - не всички многоклетъчни животни имат двустранна симетрия на тялото; например при цеелентератите е радиален (радиален);
2) 5 - кръвоносната система присъства и при анелидите и мекотелите;
3) 6 - директното последващо развитие не е присъщо на всички многоклетъчни животни.

81. Какво е значението на кръвта в човешкия живот?

Отговор:
1) изпълнява транспортна функция: доставка на кислород и хранителни вещества до тъканите и клетките, отстраняване на въглеродния диоксид и метаболитните продукти;
2) изпълнява защитна функция поради активността на левкоцитите и антителата;
3) участва в хуморалната регулация на жизнената дейност на организма.

82. Използвайте информация за ранните етапи на ембриогенезата (зигота, бластула, гаструла), за да потвърдите последователността на развитие на животинския свят.

Отговор:
1) етапът на зигота съответства на едноклетъчен организъм;
2) бластулният стадий, където клетките не са диференцирани, е подобен на колониалните форми;
3) ембрионът в стадия на гаструла съответства на структурата на целентерата (хидра).

83. Въвеждането на големи дози лекарства във вената е придружено от разреждането им с физиологичен разтвор (0,9% разтвор на NaCl). Обясни защо.

Отговор:
1) въвеждането на големи дози лекарства без разреждане може да предизвика рязка промяна в състава на кръвта и необратими явления;
2) концентрацията на физиологичен разтвор (0,9% разтвор на NaCl) съответства на концентрацията на соли в кръвната плазма и не причинява смърт на кръвните клетки.

84. Намерете грешки в дадения текст, коригирайте ги, посочете номерата на изреченията, в които са направени, запишете тези изречения без грешки.
1. Животните от тип членестоноги имат външна хитинова покривка и съчленени крайници. 2. Тялото на повечето от тях се състои от три секции: глава, гръден кош и корем. 3. Всички членестоноги имат една двойка антени. 4. Очите им са сложни (фасетирани). 5. Кръвоносната система на насекомите е затворена.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 3 - не всички членестоноги имат една двойка антени (паякообразните ги нямат, а ракообразните имат две двойки);
2) 4 - не всички членестоноги имат сложни (фасетирани) очи: при паякообразните те са прости или липсват, при насекомите, заедно със сложни очи, могат да имат и прости;
3) 5 - кръвоносната система при членестоноги не е затворена.

85. Какви са функциите на храносмилателната система на човека?

Отговор:
1) механична обработка на храната;
2) химическа обработка на храни;
3) движение на храна и отстраняване на несмлени остатъци;
4) усвояване на хранителни вещества, минерални соли и вода в кръвта и лимфата.

86. Каква е характеристиката на биологичния прогрес при цъфтящите растения? Посочете поне три знака.

Отговор:
1) голямо разнообразие от популации и видове;
2) широко разпространение по земното кълбо;
3) адаптивност към живота при различни условия на околната среда.

87. Защо храната трябва да се дъвче старателно?

Отговор:
1) добре сдъвканата храна бързо се насища със слюнка в устата и започва да се усвоява;
2) добре сдъвканата храна е по-бързо наситена с храносмилателни сокове в стомаха и червата и следователно по-лесно смилаема.

88. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени, коригирайте ги.
(1) Популацията е съвкупност от свободно кръстосващи се индивиди от един и същи вид, обитаващи дълго време обща територия 2. Различните популации от един и същи вид са относително изолирани една от друга и техните индивиди не се кръстосват помежду си. 3. Генофондът на всички популации от един вид е еднакъв. 4. Популацията е елементарна еволюционна единица. 5. Група жаби от същия вид, живеещи в дълбока локва за едно лято, е популация.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - популациите от един и същи вид са частично изолирани, но индивиди от различни популации могат да се кръстосват;
2) 3 - генофондовете на различни популации от един и същи вид се различават;
3) 5 - група жаби не е популация, тъй като група индивиди от един и същи вид се счита за популация, ако заема едно и също пространство за голям брой поколения.

Отговор:
1) през лятото изпотяването на човек се увеличава;
2) с пот минералните соли се отделят от тялото;
3) подсолената вода възстановява нормалния водно-солеви баланс между тъканите и вътрешната среда на тялото.

90. Как се доказва, че хората принадлежат към класа на бозайниците?

Отговор:
1) сходството на структурата на органните системи;
2) наличие на коса;
3) развитието на ембриона в матката;
4) хранене на потомството с мляко, грижа за потомството.

91. Какви процеси поддържат постоянството на химичния състав на човешката кръвна плазма?

Отговор:
1) процесите в буферни системи поддържат реакцията на средата (pH) на постоянно ниво;
2) се извършва неврохуморална регулация на химичния състав на плазмата.

92. Потърсете грешки в горния текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени, обяснете ги.
(1) Популацията е съвкупност от свободно кръстосващи се индивиди от различни видове, които обитават обща територия от дълго време 2. Основните групови характеристики на популацията са размер, плътност, възраст, пол и пространствена структура. 3. Събирането на всички гени в една популация се нарича генофонд. 4. Популацията е структурна единица на живата природа. 5. Броят на популациите винаги е стабилен.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 1 - популацията е съвкупност от свободно кръстосващи се индивиди от същия вид, обитаващи дълго време общата територия на популацията;
2) 4 - популацията е структурна единица на вида;
3) 5 - броят на популациите може да се променя през различните сезони и години.

93. Какви структури на обвивката на тялото осигуряват защита на човешкото тяло от въздействието на температурните фактори на околната среда? Обяснете тяхната роля.

Отговор:
1) подкожната мастна тъкан предпазва тялото от охлаждане;
2) потните жлези образуват пот, която при изпаряване предпазва от прегряване;
3) космите по главата предпазват тялото от охлаждане и прегряване;
4) промяна в лумена на кожните капиляри регулира топлообмена.

94. Дайте поне три прогресивни биологични черти на човека, които той е придобил в хода на дългата еволюция.

Отговор:
1) увеличаване на мозъка и церебралния участък на черепа;
2) изправена стойка и съответни промени в скелета;
3) освобождаване и развитие на ръката, противопоставяне на палеца.

95. Какво разделение на мейозата е подобно на митозата? Обяснете как се изразява и до какъв набор хромозоми в клетката води.

Отговор:
1) сходство с митозата се наблюдава при второто разделение на мейозата;
2) всички фази са сходни, сестрински хромозоми (хроматиди) се разминават с полюсите на клетката;
3) получените клетки имат хаплоиден набор от хромозоми.

96. Каква е разликата между артериалното и венозното кървене?

Отговор:
1) при артериално кървене кръвта е алена;
2) бие от раната със силна струя, фонтан.

97. Диаграмата на какъв процес в човешкото тяло е показана на фигурата? Каква е основата на този процес и как в резултат се променя съставът на кръвта? Обяснете отговора.
капилярна

Отговор:
1) фигурата показва диаграма на газообмена в белите дробове (между белодробния мехур и кръвоносната капиляра);
2) газообменът се основава на дифузия - проникването на газове от място с високо налягане до място с по-ниско налягане;
3) в резултат на газообмен кръвта се насища с кислород и се превръща от венозна (А) в артериална (В).

98. Какъв ефект оказва хиподинамията (ниска физическа активност) върху човешкото тяло?

Отговор:
хиподинамия води:
1) до намаляване на нивото на метаболизма, увеличаване на мастната тъкан, наднормено тегло;
2) отслабване на скелетната и сърдечната мускулатура, увеличаване на натоварването на сърцето и намаляване на издръжливостта на тялото;
3) застой на венозна кръв в долните крайници, вазодилатация, нарушено кръвообращение.

(Други формулировки на отговора са разрешени, без да се изкривява значението му.)

99. Какви са характеристиките на растенията, живеещи в сухи условия?

Отговор:
1) кореновата система на растенията прониква дълбоко в почвата, достига подпочвените води или се намира в повърхностния слой на почвата;
2) някои растения съхраняват вода по време на суша в листа, стъбла и други органи;
3) листата са покрити с восъчно покритие, космат или модифицирани в бодли или игли.

100. Каква е причината за необходимостта от железни йони да постъпят в човешката кръв? Обяснете отговора.

Отговор:
2) червените кръвни клетки осигуряват транспорт на кислород и въглероден диоксид.

101. Чрез какви съдове и какъв вид кръв тече в камерите на сърцето, обозначени на фигурата с цифри 3 и 5? С кой кръг на кръвообращението е свързана всяка от тези сърдечни структури?

Отговор:
1) венозна кръв тече от горната и долната куха вена в камерата, обозначена с номер 3;
2) артериалната кръв от белодробните вени влиза в камерата, маркирана с номер 5;
3) камерата на сърцето, обозначена с числото 3, е свързана с голям кръг на кръвообращението;
4) камерата на сърцето, обозначена с цифрата 5, е свързана с белодробната циркулация.

102. Какво представляват витамините, каква е тяхната роля в живота на човешкото тяло?

Отговор:
1) витамини - биологично активни органични вещества, необходими в малки количества;
2) те са част от ензимите, участващи в метаболизма;
3) повишаване на устойчивостта на организма към неблагоприятните въздействия на външната среда, стимулиране на растежа, развитието на тялото, възстановяване на тъканите и клетките.

103. Формата на тялото на пеперудата Калима прилича на лист. Как се е оформила формата на тялото на пеперудата?

Отговор:
1) появата при индивиди на различни наследствени промени;
2) запазване чрез естествен подбор на индивиди с променена форма на тялото;
3) размножаване и разпространение на индивиди с форма на тяло, наподобяваща лист.

104. Каква е природата на повечето ензими и защо те губят активността си, когато нивото на радиация се повиши?

Отговор:
1) повечето ензими са протеини;
2) под въздействието на радиация настъпва денатурация, структурата на протеин-ензима се променя.

105. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени, коригирайте ги.
1. Растенията, както всички живи организми, се хранят, дишат, растат и се размножават. 2. По начин на хранене растенията се класифицират като автотрофни организми. 3. Когато растенията дишат, те абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород. 4. Всички растения се размножават чрез семена. 5. Растенията, подобно на животните, растат само през първите години от живота.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 3 - при дишане растенията абсорбират кислород и отделят въглероден диоксид;
2) 4 - само цъфтящи и голосеменни се размножават чрез семена, а водорасли, мъхове, папрати - чрез спори;
3) 5 - растенията растат през целия си живот, имат неограничен растеж.

106. Каква е причината за необходимостта от железни йони да постъпят в човешката кръв? Обяснете отговора.

Отговор:
1) железните йони са част от хемоглобина на еритроцитите;
2) хемоглобинът на еритроцитите осигурява транспорта на кислород и въглероден диоксид, тъй като е в състояние да се свърже с тези газове;
3) снабдяването с кислород е необходимо за енергийния метаболизъм на клетката, а въглеродният диоксид е крайният му продукт, който трябва да бъде отстранен.

107. Обяснете защо хората от различни раси принадлежат към един и същи вид. Моля, представете поне три доказателства.

Отговор:
1) сходството на структурата, жизнените процеси, поведението;
2) генетично единство - един и същ набор от хромозоми, тяхната структура;
3) от междурасови бракове има потомство, способно да се размножава.

108 В древна Индия заподозрян в престъпление е помолен да погълне шепа сушен ориз. Ако не е успял, вината се е считала за доказана. Дайте физиологична обосновка на този процес.

Отговор:
1) преглъщането е сложен рефлекторен акт, който е придружен от слюноотделяне и дразнене на езиковия корен;
2) при силно възбуда слюноотделянето е рязко инхибирано, устата става суха и преглъщащият рефлекс не настъпва.

109. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени, обяснете ги.
1. Хранителната верига на биогеоценозата включва производители, потребители и редуктори. 2. Първото звено в хранителната верига са потребителите. 3. Потребителите в светлината натрупват енергия, погълната в процеса на фотосинтеза. 4. В тъмната фаза на фотосинтезата се отделя кислород. 5. Редукторите допринасят за освобождаването на енергия, натрупана от потребителите и производителите.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - производителите са първата връзка;
2) 3 - потребителите не са способни на фотосинтеза;
3) 4 - кислородът се освобождава в светлинната фаза на фотосинтезата.

110. Какви са причините за анемия при хората? Посочете поне три възможни причини.

Отговор:
1) голяма загуба на кръв;
2) недохранване (липса на желязо и витамини и др.);
3) нарушение на образуването на еритроцити в хемопоетичните органи.

111. Осовата муха е подобна по цвят и форма на тялото на оса. Назовете типа на нейното защитно устройство, обяснете значението му и относителния характер на фитнес.

Отговор:
1) вид адаптация - мимикрия, имитация на цвета и формата на тялото на незащитено животно на защитено;
2) сходство с оса предупреждава възможен хищник за опасността да бъде ужилен;
3) мухата става плячка на млади птици, които все още не са развили рефлекс към осата.

112. Изградете хранителна верига, като използвате всички от следните обекти: хумус, паяк паяк, ястреб, страхотна синигер, домашна муха. Идентифицирайте потребителите от трети ред във веригата.

Отговор:
1) хумус -\u003e домашна муха -\u003e паяк-кръст -\u003e страхотна синигер -\u003e ястреб;
2) потребителят на третия ред е голямата синигер.

113. Намерете грешките в горния текст. Посочете номерата на изреченията, в които са допуснати грешки, поправете ги.
1. Анеловите червеи са най-добре организираните отрязани животни от други видове червеи. 2. Трихофития има отворена кръвоносна система. 3. Тялото на червея с анелиди се състои от еднакви сегменти. 4. Телесната кухина на анелидите отсъства. 5. Нервната система на анелидите е представена от периофарингеалния пръстен и гръбната нервна връв.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - Пръстеновидните червеи имат затворена кръвоносна система;
2) 4 - Пръстеновидните червеи имат телесна кухина;
3) 5 - нервната верига е разположена от коремната страна на тялото.

114. Назовете поне три ароморфози в сухоземните растения, което им позволи да бъдат първите, които овладяват земята. Обосновете отговора.

Отговор:
1) появата на покривна тъкан - епидермиса със устици - допринасящ за защита срещу изпаряване;
2) появата на проводима система, която осигурява транспортирането на вещества;
3) развитието на механична тъкан, която изпълнява поддържаща функция.

115. Обяснете защо е свързано голямото разнообразие от торбести бозайници в Австралия и тяхното отсъствие на други континенти.

Отговор:
1) Австралия се отделя от другите континенти по време на разцвета на торбестите животни преди появата на плацентарните животни (географска изолация);
2) природните условия на Австралия допринесоха за разминаването на признаците на торбестите животни и активното видообразуване;
3) на други континенти торбестите животни са изместени от плацентарните бозайници.

116. В какви случаи промяната в ДНК нуклеотидната последователност не влияе върху структурата и функцията на съответния протеин?

Отговор:
1) ако в резултат на нуклеотидно заместване се появи друг кодон, който кодира същата аминокиселина;
2) ако кодонът, образуван в резултат на нуклеотидното заместване, кодира различна аминокиселина, но със сходни химични свойства, което не променя протеиновата структура;
3) ако настъпят промени в нуклеотидите в междугенни или нефункциониращи ДНК региони.

117. Защо връзката между щука и костур в речната екосистема се счита за конкурентна?

Отговор:
1) са хищници, ядат подобна храна;
2) живеят в едно и също водно тяло, нуждаят се от подобни условия за живот, взаимно се потискат.

118. Намерете грешки в дадения текст. Посочете номерата на изреченията, в които са допуснати грешки, поправете ги.
1. Основните класове от типа членестоноги са ракообразните, паякообразните и насекомите. 2. Насекомите имат четири двойки крака, а паякообразните имат три двойки. 3. Раците имат прости очи, а паякът - сложни. 4. Паякообразните имат паякови брадавици по корема си. 5. Паякът-паяк и бръмбарът дишат с помощта на белодробни торбички и трахея.

Допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - насекомите имат три двойки крака, а паякообразните имат четири двойки;
2) 3 - раците имат сложни очи, а паякът има прости;
3) 5 - майският бръмбар няма белодробни торбички, а само трахея.

119. Какви са особеностите на структурата и живота на гъбите от шапки? Назовете поне четири характеристики.

Отговор:
1) имат мицел и плодно тяло;
2) размножават се чрез спори и мицел;
3) по начина на хранене - хетеротрофи;
4) повечето форми на микориза.

120. Какви ароморфози позволяват на древните земноводни да овладеят земята.

Отговор:
1) появата на белодробно дишане;
2) образуването на разчленени крайници;
3) появата на трикамерно сърце и два кръга на кръвообращението.

121. Защо броят на търговските растителноядни риби може рязко да намалее, когато хищните риби са унищожени във водоема?

Отговор:
1) унищожаването на хищници води до рязко увеличаване на броя на тревопасните риби и засилена конкуренция между тях;
2) голям брой растителноядни риби допринася за намаляване на хранителните запаси, разпространението на различни заболявания сред тях, това ще доведе до масова смърт на рибите.

122. Намерете грешки в дадения текст, коригирайте ги. Посочете броя на изреченията, в които са допуснати грешки, обяснете ги.
1. От голямо значение в структурата и живота на организмите са протеините. 2. Това са биополимери, мономерите на които са азотни основи. 3. Протеините са част от плазмената мембрана. 4. Много протеини изпълняват ензимна функция в клетката. 5. В протеиновите молекули наследствената информация за характеристиките на организма е криптирана. 6. Протеиновите и тРНК молекулите са част от рибозомите.

допуснати са грешки в изречения:
1) 2 - аминокиселините са мономери на протеини;
2) 5 - наследствената информация за характеристиките на организма е криптирана в ДНК молекули;
3) 6 - рибозомите включват рРНК молекули, а не тРНК.

123. По какво се различава царството на гъбите от царството на растенията? Назовете поне три знака.

Отговор:
1) гъбите са хетеротрофи, неспособни на фотосинтеза;
2) гъбите се различават по структурата и химичния състав на клетката: те нямат хлоропласти, клетъчната стена съдържа хитин, резервното хранително вещество е гликоген;
3) тялото на гъбите е образувано от хифи.

124. В индустриалните райони на Англия през 19-20 век броят на пеперудите от брезов молец с тъмен цвят на крилата се увеличава в сравнение със светлия цвят. Обяснете този феномен от гледна точка на еволюционното преподаване и определете формата на подбор.

Отговор:
1) както светлите, така и тъмните форми се раждат в потомството на популацията на пеперудите;
2) в индустриални зони, замърсени със сажди, леките индивиди се елиминират от затъмнените стволове от птици, поради което след редица поколения пеперудите с тъмен цвят стават преобладаващата форма в популациите;
3) промяната в цвета на популациите на пеперудите е проява на движещата форма на естествения подбор.

125. Какви характеристики на хромозомите осигуряват предаването на наследствена информация?

Отговор:
1) съдържат ДНК, в която е кодирана наследствена информация;
2) са способни да се удвоят поради репликация на ДНК;
3) са в състояние да бъдат равномерно разпределени в клетките по време на разделяне, осигурявайки непрекъснатост на символите.

126. Защо човек се размножава в специални лаборатории малки насекоми от порядъка на Hymenoptera - яйчници и оси?

Отговор:
1) тези хищни насекоми снасят яйцата си в яйцата и ларвите на насекомите вредители;
2) чрез това те намаляват броя на насекомите - селскостопански вредители.

127. Защо човек яде протеини под формата на месо, риба, яйца без опасни последици и в никакъв случай не е възможно да инжектира протеини директно в кръвта, за да храни пациентите?

Отговор:
1) протеините в храносмилателния тракт, в стомаха, в кисела среда се разграждат до аминокиселини от ензимите пептидази;
2) аминокиселините вече навлизат в кръвния поток и се пренасят в тъканните клетки;
3) въвеждането на чужди протеини в кръвта ще предизвика имунна реакция, отхвърляне и дори смърт на пациента е възможна.

Учебник за 10-11 клас

Глава III. Осигуряване на клетки с енергия

Всеки жив организъм, като отделна клетка, е отворена система, тоест обменя материя и енергия с околната среда. Цялата съвкупност от ензимни реакции на метаболизма, протичащи в организма, се нарича метаболизъм (от гръцки „метабола“ - трансформация). Метаболизмът се състои от взаимосвързани асимилационни реакции - синтез на високомолекулни съединения (протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, липиди) и дисимилация - разграждане и окисляване на органични вещества, които вървят с преобразуването на енергията. Усвояването, наричано още пластичен обмен, е невъзможно без енергия, отделена в резултат на дисимилация (енергиен обмен). Дисимилацията от своя страна не се случва без ензими, образувани в резултат на пластичния метаболизъм.

Всяко проявление на жизнена активност (абсорбция на вода и неорганични съединения, разтворени в нея, синтез на органични вещества, разделяне на полимери на мономери, генериране на топлина, движение и др.) Изисква изразходването на енергия.

Основният източник на енергия за всички живи същества, които обитават нашата планета, е енергията на слънчевата светлина. Той обаче се използва директно само от клетки на зелени растения, едноклетъчни водорасли, зелени и лилави бактерии. Тези клетки, благодарение на енергията на слънчевата светлина, са в състояние да синтезират органични вещества - въглехидрати, мазнини, протеини, нуклеинови киселини. Биосинтезата, която възниква при използване на светлинна енергия, се нарича фотосинтеза. Организмите, способни на фотосинтеза, се наричат \u200b\u200bфотоавтотрофни.

Първоначалните вещества за фотосинтеза са вода, въглероден диоксид на земната атмосфера, както и неорганични соли на азот, фосфор, сяра от водни тела и почва. Източникът на азот са също молекулите на атмосферния азот (N 2), които се усвояват от бактериите, живеещи в почвата и в кореновите възли на основно бобови растения. В същото време газообразният азот преминава в състава на амонячната молекула - NH 3, който впоследствие се използва за синтез на аминокиселини, протеини, нуклеинови киселини и други азотсъдържащи съединения. Възлестите бактерии и бобовите растения се нуждаят една от друга. Съвместното взаимноизгодно съществуване на различни видове организми се нарича симбиоза.

В допълнение към фотоавтотрофите, някои бактерии (водород, нитрифициращи, сярни бактерии и т.н.) също са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Те извършват този синтез благодарение на енергията, отделена по време на окисляването на неорганични вещества. Те се наричат \u200b\u200bхемоавтотрофи. Процесът на хемосинтеза е открит през 1887 г. от руския микробиолог С. Н. Виноградски.

Всички живи същества на нашата планета, които не могат да синтезират органични вещества от неорганични съединения, се наричат \u200b\u200bхетеротрофи. Всички животни и хора живеят от слънчевата енергия, съхранявана от растенията, превърната в енергията на химичните връзки на новосинтезирани органични съединения.

Трябва да се отбележи, че както фотосинтетичните, така и хемосинтетичните организми също са способни да получават енергия поради окисляването на органични вещества. Хетеротрофите обаче получават тези вещества отвън готови, а автотрофите ги синтезират от неорганични съединения.

Фотосинтетичните клетки, абсорбирайки въглероден диоксид от атмосферата, отделят кислород в нея. Преди появата на фотосинтетични клетки на нашата планета, земната атмосфера е била лишена от кислород. С появата на фотосинтетичните организми постепенното запълване на атмосферата с кислород доведе до появата на клетки с нов тип енергиен апарат. Това бяха клетки, които произвеждат енергия чрез окисляване на готови органични съединения, главно въглехидрати и мазнини, с участието на атмосферен кислород като окислител. Когато органичните съединения се окисляват, се отделя енергия.

В резултат на насищането на атмосферата с кислород са възникнали аеробни клетки, които могат да използват кислород за енергия.

§ 11. Фотосинтеза. Преобразуване на светлинна енергия в енергия на химични връзки

Първите клетки, способни да използват енергията на слънчевата светлина, се появяват на Земята преди около 4 милиарда години в архейската ера. Това бяха цианобактерии (от гръцки "cyanos" - син). Техните вкаменелости са открити в шистови пластове, датиращи от този период в историята на Земята. Необходими са още 1,5 милиарда години, за да се насити земната атмосфера с кислород и появата на аеробни клетки.

Очевидно е, че ролята на растенията и други фотосинтетични организми в развитието и поддържането на живота на нашата планета е изключително голяма: те преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергията на химическите връзки на органични съединения, която след това се използва от всички останали живи същества; те насищат атмосферата на Земята с кислород, който служи за окисляване на органични вещества и извличане на химическата енергия, съхранявана в тях от аеробни клетки по този начин; И накрая, някои растителни видове, в симбиоза с азотфиксиращи бактерии, въвеждат газообразен атмосферен азот в състава на амонячните молекули, неговите соли и органични азотсъдържащи съединения.

Ролята на зелените растения в планетарния живот трудно може да бъде надценена. Запазването и разширяването на зелената покривка на Земята е от решаващо значение за всички живи същества, които обитават нашата планета.

Съхранение на светлинна енергия в биологични "акумулатори". Слънчевият поток носи светлинни вълни с различна дължина. Растенията с помощта на светлинни "антени" (това са главно молекули хлорофил) поглъщат светлинни вълни на червената и синята част на спектъра. Хлорофилът предава светлинни вълни от зелената част на спектъра без забавяне и следователно растенията имат зелен цвят.

С помощта на светлинна енергия електрон в молекулата на хлорофила се прехвърля на по-високо енергийно ниво. Освен това този високоенергиен електрон, подобно на стъпала, скача по веригата от електронни носители, губейки енергия. В този случай енергията на електроните се изразходва за „зареждане“ на вид биологични „акумулатори“. Без да навлизаме в химичните особености на тяхната структура, нека кажем, че един от тях е аденозин трифосфат, който също се нарича аденозин трифосфат (съкратено - АТФ). Както вече беше споменато в § 6, ATP съдържа три остатъка от фосфорна киселина, свързани помежду си, които са свързани с аденозин. Схематично АТФ може да се опише с формулата: аденозин-F-F ~ F, където F е остатъкът от фосфорната киселина. В химическата връзка между втория и третия краен фосфат се съхранява енергия, от която електронът се отказва (такава специална химическа връзка е изобразена с вълнообразна линия). Това се случва в резултат на факта, че когато електронът прехвърля енергията си към аденозин дифосфат (аденозин-F-F, ADP), се добавя друг фосфат: ADP + F + E → ATP, където E е електронната енергия, която се съхранява в ATP. Когато АТФ се разцепва от ензима аденозин трифосфатаза (АТФаза), крайният фосфат се отделя и се отделя енергия:

В растителната клетка енергията от АТФ се използва за транспортиране на вода и соли, за клетъчно делене, растеж и движение (не забравяйте как главата на слънчогледа се завърта след Слънцето).

Енергията на АТФ е необходима за синтеза на глюкоза, нишесте, целулоза и други органични съединения в растенията. За синтеза на органични вещества в растенията обаче е необходим още един биологичен „акумулатор“, който съхранява енергията на светлината. Тази батерия има дълго, трудно за произнасяне име: никотин-амид аденин динуклеотид фосфат (съкратено като NADP, произнася се „over-ef“). Това съединение съществува във възстановена високоенергийна форма: NADPH (произнася се свръх-ef-пепел).

Изчерпаната с енергия окислена форма на това съединение е NADP + (произнася се „over-eff-plus“). Загубвайки един водороден атом и един електрон, NADP-H се превръща в NADP + и намалява въглеродния диоксид (с участието на водни молекули) до глюкоза C 6 H 12 0 6; липсващите протони (Н +) се вземат от водната среда. В опростена форма този процес може да бъде записан като химично уравнение:

Когато обаче въглеродният диоксид и водата се смесят, глюкозата не се образува. Това изисква не само възстановяващата сила на NADP-H, но и енергията на ATP и съединението, което свързва CO2, което се използва на междинните етапи на синтеза на глюкоза, както и редица ензими - биологични катализатори на този процес.

Фотолиза на вода. Как се генерира кислород по време на фотосинтезата? Факт е, че енергията на светлината се изразходва и за разцепване на водна молекула - фотолиза. В този случай протоните (H +), електроните (O и свободният кислород:

Електроните, генерирани по време на фотолиза, компенсират загубите си с хлорофил (както се казва, запълват "дупката", възникнала в хлорофила). Част от електроните с участието на протони намалява NADP + до NADP-H. Кислородът е страничен продукт от тази реакция (Фигура 19). Както се вижда от общото уравнение за синтеза на глюкоза, кислородът се освобождава.

Когато растенията използват енергия от слънчева светлина, те не се нуждаят от кислород. Въпреки това, при липса на слънчева светлина, растенията стават аеробни. На тъмно през нощта те консумират кислород и окисляват глюкоза, фруктоза, нишесте и други съединения, съхранявани през деня, ставайки като животни.

Светли и тъмни фази на фотосинтезата. В процеса на фотосинтеза се прави разлика между светла и тъмна фази. Когато растенията са осветени, светлинната енергия се преобразува в енергията на химичните връзки АТФ и НАДФН. Енергията на тези съединения се освобождава лесно и се използва вътре в растителната клетка за различни цели, главно за синтеза на глюкоза и други органични съединения. Следователно този начален етап на фотосинтезата се нарича светлинна фаза. Без осветяване от слънчева светлина или изкуствена светлина, в спектъра на които има червени и сини лъчи, синтезът на ATP и NADP-H в растителната клетка не се получава. Когато обаче молекулите АТР и НАДФН вече са се натрупали в растителната клетка, синтезът на глюкоза може да се случи и на тъмно, без участието на светлина. За тези биохимични реакции не е необходимо осветяване, тъй като те вече са снабдени със светлинната енергия, съхранявана в биологични "акумулатори". Този етап на фотосинтеза се нарича темпова фаза.

Фигура: 19. Схема на фотосинтеза

Всички реакции на фотосинтеза протичат в хлоропласти - удебелени овални или кръгли образувания, разположени в цитоплазмата на растителна клетка (накратко за хлоропластите вече беше споменато в § 9). Всяка клетка съдържа 40-50 хлоропласти. Хлоропластите са ограничени отвън с двойна мембрана, а вътре в тях са тънки плоски торбички - тилакоиди, също ограничени от мембрани. Тилакоидите съдържат хлорофил, електронни носители и всички ензими, участващи в светлинната фаза на фотосинтезата, както и ADP, ATP, NADP + и NADP-H. Десетки тилакоиди са опаковани плътно в купчини, наречени гранаси. Във вътрешното пространство между зърната - в стромата на хлоропластите - са разположени ензими, които участват в редукцията на CO2 до глюкоза поради енергията на продуктите от светлинната фаза на фотосинтеза - АТФ и НАДФН. Следователно, реакциите на тъмната фаза на фотосинтеза се появяват в стромата, тясно свързана със светлинната фаза, която се развива в тилакоидите. Светлинната и тъмната фази на фотосинтезата са показани схематично на Фигура 19.

Хлоропластите имат свой собствен генетичен апарат - ДНК молекули и се размножават автономно в клетките. Смята се, че преди повече от 1,5 милиарда години те са били свободни микроорганизми, които са се превърнали в симбионти на растителни клетки.

1. Обяснете защо казваме, че първоначално слънцето осигурява енергията за живот на Земята.
2. Обяснете защо въглеродният диоксид и водата се използват при фотосинтезата и какъв е източникът на страничния продукт от фотосинтезата, т.е. кислородът.
3. Как са взаимосвързани проблемите на фотосинтезата и осигуряването на храна за населението на света?
4. Защо по време на фотосинтезата енергията на слънчевата светлина, падаща върху листа, се превръща в енергия, съхранявана в органични съединения с ефективност от само около 1%? Каква е съдбата на останалата енергия?
5. Попълнете таблицата.