Хемосинтез и его значение в биосфере презентация. Фотосинтез и хемосинтез

Презентация по слайдам

Текст слайда: МЕТАБОЛИЗМ хемосинтез Подготовила Голубева С.В. г. Лесосибирск 4 часть

Текст слайда: В 1977 г. глазам геологов, спустившихся в подводном аппарате в море в районе Галапагосских островов и достигших дна на глубине 2,6 км, предстала фантастическая картина. Лучи прожекторов высветили из мрака вечной ночи фантастическое буйство жизни.В мерцающих струях тёплой воды в углублениях дна, как булочки в корзине, десятками лежали огромные снежно-белые двустворчатые моллюски, гроздьями висели крупные коричневые мидии, стадами бродили белые раки и крабы, торчали трубки странных червей с красными султанами щупалец... И всё это на глубине, где полагалось бы быть «бентической пустыне»! Так люди впервые увидели фауну гидротерм, глубоководных «оазисов» на дне океана.

Текст слайда: И это там, где невозможен фотосинтез, где не встречаются растения-продуценты, являющиеся первым звеном пищевой цепи. Мерцающая вода, в которой купались обитатели Райского сада (именно это название было присвоено открытому полю), сильно насыщена сероводородом. Такие башни с бьющими из них чёрными "дымами" известны сейчас под именем чёрных курильщиков. Срединно-океанические хребты проходят на стыке гигантских литосферных плит, там, где близко к поверхности подходит раскалённая мантия Земли. По трещинам морская вода просачивается внутрь скал. Тепло близкой магмы разогревает её до 300–400 °C, и она начинает со страшной силой растворять в себе соединения серы и другие вещества из окружающих пород. Потом этот перегретый раствор рвётся вверх, и фонтанами бьёт из дна. Смешиваясь с холодной (2–3 °C) придонной водой, он быстро остывает, и некоторые растворённые в нём вещества начинают выпадать обратно. Например, из растворённых сульфатов получаются мелкие кристаллики сульфидов, нерастворимых и чёрных. Мириады их взвешены в бьющей из дна струе, и эта струя начинает напоминать густой чёрный дым, очень похожий на дым от горящей резины. Сульфидный порошок оседает вниз, и из него, подобно сталагмитам в пещерах, начинают строиться растущие из дна чёрные башни, покрытые рыжим налётом сернистых охр. Такие башни с бьющими из них чёрными "дымами" известны сейчас под именем чёрных курильщиков.

Текст слайда: Чем же питаются обитатели здешних сообществ? Сероводород содержит атом серы в восстановленном виде, легко окисляется с выделением большого количества энергии. При наличии определенных систем ферментов эту энергию можно утилизировать, использовав ее для синтеза АТФ. А энергия АТФ, в свою очередь, может быть использована для восстановления углерода и синтеза «обычных» питательных веществ (углеводов) из углекислого газа. Необходимые ферментные системы имеются у ряда видов бактерий. Подобно зеленым растениям, они являются автотрофными организмами, самостоятельно создающими органическое вещество из неорганического. Однако, если растения относятся к группе фототрофов, т.е. используют для начального синтеза АТФ энергию солнечного света (фотосинтез), то серные бактерии живут за счет хемосинтеза и называются хемотрофами. В дело вступают так же бактерии, работающие с водородом, соединениями азота и метаном. И все они синтезируют органику, органику, органику... Конечно, на голодных глубинах на эту органику немедленно находятся потребители.

Текст слайда:

Текст слайда:

Текст слайда:

Текст слайда: Ещё в 1887 г. русский микробиолог С.Н. Виноградский открыл бактериальный хемосинтез. Оказалось, что некоторые бактерии тоже умеют создавать новое органическое вещество из неорганического, но тратят на это энергию, получаемую не от солнечных лучей, а от химических реакций, при окислении аммиака, водорода, соединений серы, закисного железа и др. Родился в 1853 в России Умер в 1953 во Франции

Текст слайда: Бескислородное (анаэробное) дыхание Важное значение в природе имеют бактерии способные получать энергию из неорганических соединений в условиях отсутствия кислорода. Денитрифицирующие бактерии способны восстановить нитраты до газообразного азота и закиси азота: 10Н + 2Н+ + 2NO3- N2 + 6H2O + АТФ В отсутствии данных бактерий содержание азота в атмосфере уменьшилось бы и рост растений и биомассы на Земле остановился. Сульфатредуцирующие бактерии способны образовывать сероводород из сульфата: 8Н + SO42- H2S + 2H2O + 2OH- + АТФ Водород для этой реакции бактерии берут из продуктов гликолиза. Энергия, которая запасается в этом процессе, используется для синтеза органических соединений. Эти бактерии встречаются сероводородном иле (например, в Черном море на глубине более 200м). Большинстве месторождений серы – это биогенные отложения серы. Бескислородное (анаэробное) дыхание Анаэробные хемоавтотрофы Анаэробный путь обмена веществ и энергии характерен в основном для бактерий. Одни из них исполь- зуют в качестве доноров водорода и электронов органические соединения и являются, таким образом, гетеротрофами, другие используют для этих целей неорганические соединения, причем углерод они получают из углекислого газа и являются, таким образом, анаэробными хемоавтотрофами.

Слайд №10

Текст слайда: Появившийся в атмосфере Земли молекулярный кислород выступал в качестве сильного окислителя. Одним из первых стали использовать аэробный обмен бактерии, окисляющие неорганические соединения азота, серы, железа. Нитрифицирующие бактерии – окисляют аммиак до нитратов. NH4+ нитритные бактерии NO2- нитратные бактерии NO3- Несмотря на присутствие кислорода в реакциях окисления аммиака, энергетический баланс у нитрифицирующих бактерий оказался очень низким. Серные бактерии – способны окислять соединения серы, образуя в конце реакции сульфаты: S2- + 2O2 SO42- или S2- + SO2 + 2H2O SO42- + 4H+ Многие серные бактерии живут в экстремальных условиях горячих серных вулканических источников. Они выдерживают температуру до 750С и способны окислять серу или сероводород до серной кислоты. Эти бактерии называются термофилами. Железобактерии – способны окислять двухвалентное железо до трехвалентного. FeS2 + 3SO3 + H2O FeSO4 + H2SO4. Железобактерии живут в рудничных водах, содержащих различные соединения металлов, в том числе и железа. Человек использует свойства этих бактерий при обогащении руд для получения меди, цинка, молибдена. Аэробных хемоавтотрофы В процессе эволюции эти бактерии были вынуждены для получения энергии окислять неорганические субстраты, а единственным источником углерода для них служил углекислый газ. Поэтому эти бактерии по типу питания можно отнести к особой группе аэробных хемоавтотрофов.

Слайд №11

Текст слайда: http://www.moscowuniversityclub.ru/article/img/11395_57360935.gif фон http://www.photolib.noaa.gov/bigs/nur04510.jpg КУРИЛЬЩИКИ http://hartm242.files.wordpress.com/2011/06/chemosynthesis_lg.jpg молекулы http://www.iemrams.spb.ru/russian/director/vinogradski.htm Виноградский С.Н. http://bio.1september.ru/2001/24/6.gif пищевая цепь http://tupoebydlo.livejournal.com/2998.html живой журнал

МАРЧЕЛЛО МАЛЬПИГИ 1667 Г.
Если оторвать у проростков тыквы
зародышевые листочки, то растение
перестает развиваться.
То есть для развития растений
необходим солнечный свет

Джозеф Пристли 1772 г.

ДЖОЗЕФ ПРИСТЛИ 1772 Г.
Под стеклянный колпак, под которым потухла
свеча он поместил мяту и оставил на
некоторое время. Растение не погибло, а
наоборот дало новые листья. Когда через
некоторое время Пристли внес туда лучинку,
то она ярко вспыхнула, что говорит о наличии
под колпаком кислорода.

Опыт Пристли

ОПЫТ ПРИСТЛИ

Строение хлоропласта листа

СТРОЕНИЕ ХЛОРОПЛАСТА ЛИСТА
Размер 10 мкм. Дисковидная форма. Число варьируется от 1
до 40. Внутренняя мембрана образует плоские пузырьки –
тилакоиды. Стопки тилакоидов – граны. Ферменты,
восстанавливающие углекислый газ до глюкозы находятся в
строме.

Основной пигмент хлоропластов - хлорофилл

ОСНОВНОЙ ПИГМЕНТ ХЛОРОПЛАСТОВ ХЛОРОФИЛЛ
По структуре напоминает пигмент
эритроцитов человека и животных – гем.

Строение хлорофилла

СТРОЕНИЕ ХЛОРОФИЛЛА
Основой является
порфириновое кольцо, в
котором 4 пиррольных
гетероцикла соединены
между собой.
Пиррольные кольца
координированы с атомом
магния.
Длинная боковая
гидрофобная цепь (С20Н39)
служит для закрепления
молекулы в липидном слое
мембраны тилакоида
и для придания ей
определенной ориентации.

Формы хлорофиллов

ФОРМЫ ХЛОРОФИЛЛОВ
Спектры хлорофиллов А и В
находятся в разных областях.
В фотосинтезе участвуют и
каротиноиды и фикобилины
(как вспомогательные пигменты у
высших растений и водорослей)

Задание олимпиады

ЗАДАНИЕ ОЛИМПИАДЫ

хлоропластов. Каждый хлоропласт содержит пигментную
систему, представленную двумя типами пигментов: зелеными –
………………………….……………..и желтыми –
……………………………………………. В процессе фотосинтеза световая
энергия перед преобразованием в химическую энергию
поглощается пигментами. Пигменты, локализованные в
пластидах, поглощают свет видимой части спектра
……………………… нм. Пигменты поглощают видимый свет не
полностью, а избирательно, т.е. каждый пигмент имеет свой
характерный спектр поглощения. На рисунке изображены
спектры поглощения пигментов хлорофилла, укажите какой
спектр - характерен для какого пигмента Длина волны, нм.

Решение задания

РЕШЕНИЕ ЗАДАНИЯ
Осуществление процесса фотосинтеза невозможно без
хлоропластов.
Каждый хлоропласт содержит пигментную систему,
представленную двумя типами пигментов:
зелеными –(хлорофиллами а и b) и желтыми –
(каротиноидами).
В процессе фотосинтеза световая энергия перед
преобразованием в химическую энергию поглощается
пигментами. Пигменты, локализованные в пластидах,
поглощают свет видимой части спектра (380-720 нм).
Пигменты поглощают видимый свет не полностью, а
избирательно, т.е. каждый пигмент имеет свой характерный
спектр поглощения.

На рисунке изображены спектры поглощения пигментов
хлорофилла, укажите какой спектр - характерен для какого
пигмента:
1. Хлорофилл а
2. Хлорофилл b
3. Каротиноиды

Общая Схема фотосинтеза

ОБЩАЯ СХЕМА ФОТОСИНТЕЗА

ФС 1 (Р700) – фотохимический центр, Р –
пигмент, поглощающий длину волны 700 нм
Образовавшаяся «дыра» от электрона
заполняется из ФС 2 (Р680).
ФС 2 компенсирует электроны благодаря
фотолизу воды. Кислород является побочным
продуктом данной реакции и выделяется в
атмосферу (это тот кислород, которым мы
дышим)

СВЕТОВАЯ ФАЗА (ПОЯСНЕНИЯ К ПРЕДЫДУЩЕМУ СЛАЙДУ)
Фотолиз идет на внутренней мембране
тилакоида и ионы водорода скапливаются
там (Н+ - резервуар)
Через специальные протонные каналы ионы
водорода переходят в строму хлоропласта
Каналы связаны с ферментом АТФсинтетезой, катализирующей синтез АТФ
НАДФ+ принимает ионы водорода и
восстанавливается до НАДФ * Н

В световую фазу протекают процессы

В СВЕТОВУЮ ФАЗУ ПРОТЕКАЮТ ПРОЦЕССЫ
1. Возбуждение хлорофилла и перемещение
электронов по фотосинтетическим системам
2. Фотолиз воды и образование кислорода
3. Синтез молекул АТФ (ФС II)
4. Соединение водорода со специальным
переносчиком НАДФ+ и образование
НАДФ *2Н
(никотинамидадениннуклеотидфосфат
востановленный)(ФС I)

Мэлвин Кальвин изучил темновую фазу фотосинтеза

МЭЛВИН КАЛЬВИН ИЗУЧИЛ ТЕМНОВУЮ ФАЗУ
ФОТОСИНТЕЗА
процессы темновых
реакций фотосинтеза
открыты в 1957 г.
В 1961 году – получена
Нобелевская премия в
области химии «за
исследование усвоения
двуокиси углерода
растениями»

Цикл Кальвина

ЦИКЛ КАЛЬВИНА

Во время темновой стадии

ВО ВРЕМЯ ТЕМНОВОЙ СТАДИИ
1. Две триозы идут на синтез глюкозы
2. Триозы могут использоваться на синтез
аминокислот, глицерина и высших жирных
кислот
3. Часть триоз стимулируют повтор цикла
Кальвина
6СО2 + 12 НАДФ*2Н + 12 АТФ = С6Н12О6 +
12 НАДФ+ + 12 АДФ + 12 Фн

Темновая фаза фотосинтеза (строма)

ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА (СТРОМА)
1. Из углекислого газа, поступающего из
атмосферы и воды осуществляются
циклические процессы (цикл Кальвина)
2. Происходит восстановление углерода
водородом НАДФ *2Н за счет энергии АТФ
3. Синтез глюкозы
Так как в каждом цикле присоединяется только
1 молекула СО2 , то чтобы получить глюкозу цикл
должен повториться 6 раз

Сущность фотосинтеза

СУЩНОСТЬ ФОТОСИНТЕЗА

Влияние на скорость фотосинтеза

ВЛИЯНИЕ НА СКОРОСТЬ ФОТОСИНТЕЗА
1. Длина световой волны (лучше всего синяя и красная части
спектра)
2. Степень освещенности
3. Концентрация СО2 (в теплицах скорость выше)
4. Температура (25-30 С оптимальна)
5. Наличие воды

Значение фотосинтеза

ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА
1.
2.
Продукты фотосинтеза – органические вещества –
используются организмами:
Для построения клеток
Как источник энергии для процессов жизнедеятельности
Человек использует созданные растениями вещества:
1.
2.
3.
В качестве продуктов питания (плоды, семена и т.д.)
В качестве источников энергии (уголь, торф древесина)
Как строительный материал в производстве мебели и т.д.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Признак
Фотосинтез
Уравнение реакции 6 СО2 + 6Н2О +
энергия света =
С6Н12О6 + 6 О2
Исходные вещества Углекислый газ,
вода
Продукты реакции
Органические
вещества, кислород
Дыхание
С6Н12О6 + 6 О2 =
6 СО2 + 6Н2О +
энергия (АТФ)
Органические
вещества, кислород
Углекислый газ,
вода
Значение в
круговороте
веществ
Разложение
органических
веществ до
неорганических
Синтез
органических
веществ из
неорганических

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ФОТОСИНТЕЗА И ДЫХАНИЯ ЭУКАРИОТ
Признак
Фотосинтез
Дыхание
Превращение энергии
Превращение энергии
света в энергию
химических связей
органических веществ
Превращение энергии
химических связей
органических веществ в
энергию
макроэргических
связей АТФ
Важнейшие этапы
Световая и темновая
фазы (включая цикл
Кальвина)
Неполное окисление
(гликолиз) и полное
окисление (цикл
Кребса)
Место протекания
процесса
Хлоропласты (граны и
строма)
Гиалоплазма (неполное
окисление) и
митохондрии – кристы и
матрикс (полное
окисление)

2S +3O2 + 2 H2O = 2H2SO4 + Q
На две реакции 666 кДж/моль.
Серобактерии обитают в Черном море на
глубине 200 м.

Водородные бактерии

ВОДОРОДНЫЕ БАКТЕРИИ
2H2 + O2 = 2H2O + Q
Вся энергия в этих процессах запасается в
виде АТФ

Железобактерии (кренотрикс и лептотрикс)

ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИИ (КРЕНОТРИКС И ЛЕПТОТРИКС)
4FeCO3 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q
Все хемосинтетики являются облигатными
аэробами, так как используют кислород
воздуха

Значение хемосинтеза

ЗНАЧЕНИЕ ХЕМОСИНТЕЗА
1. Нитрифицирующие и денитрифицирующие
участвуют в круговороте азота, повышают
плодородие почвы
2. Клубеньковые бактерии (ризобиум),
живущие на корнях бобовых растений
связывают атмосферный
азот

Значение хемосинтеза

ЗНАЧЕНИЕ ХЕМОСИНТЕЗА
Железобактерии участвовали в образовании
железных и марганцевых руд планеты
Водородные бактерии используются для
получения пищевого и кормового белка
Водородные бактерии используют для
регенерации атмосферы (например, на
водоочистительных станциях при биологической очистки

1 слайд

2 слайд

В 1977 г. глазам геологов, спустившихся в подводном аппарате в море в районе Галапагосских островов и достигших дна на глубине 2,6 км, предстала фантастическая картина. Лучи прожекторов высветили из мрака вечной ночи фантастическое буйство жизни.В мерцающих струях тёплой воды в углублениях дна, как булочки в корзине, десятками лежали огромные снежно-белые двустворчатые моллюски, гроздьями висели крупные коричневые мидии, стадами бродили белые раки и крабы, торчали трубки странных червей с красными султанами щупалец... И всё это на глубине, где полагалось бы быть «бентической пустыне»! Так люди впервые увидели фауну гидротерм, глубоководных «оазисов» на дне океана.

3 слайд

И это там, где невозможен фотосинтез, где не встречаются растения-продуценты, являющиеся первым звеном пищевой цепи. Мерцающая вода, в которой купались обитатели Райского сада (именно это название было присвоено открытому полю), сильно насыщена сероводородом. Такие башни с бьющими из них чёрными "дымами" известны сейчас под именем чёрных курильщиков. Срединно-океанические хребты проходят на стыке гигантских литосферных плит, там, где близко к поверхности подходит раскалённая мантия Земли. По трещинам морская вода просачивается внутрь скал. Тепло близкой магмы разогревает её до 300–400 °C, и она начинает со страшной силой растворять в себе соединения серы и другие вещества из окружающих пород. Потом этот перегретый раствор рвётся вверх, и фонтанами бьёт из дна. Смешиваясь с холодной (2–3 °C) придонной водой, он быстро остывает, и некоторые растворённые в нём вещества начинают выпадать обратно. Например, из растворённых сульфатов получаются мелкие кристаллики сульфидов, нерастворимых и чёрных. Мириады их взвешены в бьющей из дна струе, и эта струя начинает напоминать густой чёрный дым, очень похожий на дым от горящей резины. Сульфидный порошок оседает вниз, и из него, подобно сталагмитам в пещерах, начинают строиться растущие из дна чёрные башни, покрытые рыжим налётом сернистых охр. Такие башни с бьющими из них чёрными "дымами" известны сейчас под именем чёрных курильщиков.

4 слайд

Чем же питаются обитатели здешних сообществ? Сероводород содержит атом серы в восстановленном виде, легко окисляется с выделением большого количества энергии. При наличии определенных систем ферментов эту энергию можно утилизировать, использовав ее для синтеза АТФ. А энергия АТФ, в свою очередь, может быть использована для восстановления углерода и синтеза «обычных» питательных веществ (углеводов) из углекислого газа. Необходимые ферментные системы имеются у ряда видов бактерий. Подобно зеленым растениям, они являются автотрофными организмами, самостоятельно создающими органическое вещество из неорганического. Однако, если растения относятся к группе фототрофов, т.е. используют для начального синтеза АТФ энергию солнечного света (фотосинтез), то серные бактерии живут за счет хемосинтеза и называются хемотрофами. В дело вступают так же бактерии, работающие с водородом, соединениями азота и метаном. И все они синтезируют органику, органику, органику... Конечно, на голодных глубинах на эту органику немедленно находятся потребители.

5 слайд

6 слайд

7 слайд

8 слайд

Ещё в 1887 г. русский микробиолог С.Н. Виноградский открыл бактериальный хемосинтез. Оказалось, что некоторые бактерии тоже умеют создавать новое органическое вещество из неорганического, но тратят на это энергию, получаемую не от солнечных лучей, а от химических реакций, при окислении аммиака, водорода, соединений серы, закисного железа и др. Родился в 1853 в России Умер в 1953 во Франции

9 слайд

Бескислородное (анаэробное) дыхание Важное значение в природе имеют бактерии способные получать энергию из неорганических соединений в условиях отсутствия кислорода. Денитрифицирующие бактерии способны восстановить нитраты до газообразного азота и закиси азота: 10Н + 2Н+ + 2NO3- N2 + 6H2O + АТФ В отсутствии данных бактерий содержание азота в атмосфере уменьшилось бы и рост растений и биомассы на Земле остановился. Сульфатредуцирующие бактерии способны образовывать сероводород из сульфата: 8Н + SO42- H2S + 2H2O + 2OH- + АТФ Водород для этой реакции бактерии берут из продуктов гликолиза. Энергия, которая запасается в этом процессе, используется для синтеза органических соединений. Эти бактерии встречаются сероводородном иле (например, в Черном море на глубине более 200м). Большинстве месторождений серы – это биогенные отложения серы. Бескислородное (анаэробное) дыхание Анаэробные хемоавтотрофы Анаэробный путь обмена веществ и энергии характерен в основном для бактерий. Одни из них исполь- зуют в качестве доноров водорода и электронов органические соединения и являются, таким образом, гетеротрофами, другие используют для этих целей неорганические соединения, причем углерод они получают из углекислого газа и являются, таким образом, анаэробными хемоавтотрофами.

10 слайд

Появившийся в атмосфере Земли молекулярный кислород выступал в качестве сильного окислителя. Одним из первых стали использовать аэробный обмен бактерии, окисляющие неорганические соединения азота, серы, железа. Нитрифицирующие бактерии – окисляют аммиак до нитратов. NH4+ нитритные бактерии NO2- нитратные бактерии NO3- Несмотря на присутствие кислорода в реакциях окисления аммиака, энергетический баланс у нитрифицирующих бактерий оказался очень низким. Серные бактерии – способны окислять соединения серы, образуя в конце реакции сульфаты: S2- + 2O2 SO42- или S2- + SO2 + 2H2O SO42- + 4H+ Многие серные бактерии живут в экстремальных условиях горячих серных вулканических источников. Они выдерживают температуру до 750С и способны окислять серу или сероводород до серной кислоты. Эти бактерии называются термофилами. Железобактерии – способны окислять двухвалентное железо до трехвалентного. FeS2 + 3SO3 + H2O FeSO4 + H2SO4. Железобактерии живут в рудничных водах, содержащих различные соединения металлов, в том числе и железа. Человек использует свойства этих бактерий при обогащении руд для получения меди, цинка, молибдена. Аэробных хемоавтотрофы В процессе эволюции эти бактерии были вынуждены для получения энергии окислять неорганические субстраты, а единственным источником углерода для них служил углекислый газ. Поэтому эти бактерии по типу питания можно отнести к особой группе аэробных хемоавтотрофов.

11 слайд

http://www.moscowuniversityclub.ru/article/img/11395_57360935.gif фон http://www.photolib.noaa.gov/bigs/nur04510.jpg КУРИЛЬЩИКИ http://hartm242.files.wordpress.com/2011/06/chemosynthesis_lg.jpg молекулы http://www.iemrams.spb.ru/russian/director/vinogradski.htm Виноградский С.Н. http://bio.1september.ru/2001/24/6.gif пищевая цепь http://tupoebydlo.livejournal.com/2998.html живой журнал