Биология 11 сынып

Тақырыбы: Фотосинтездің жарық кезеңі.

Оқыту мақсаты: 11.1.2.2 - фотосинтездің жарық кезеңінде өтетін үдерістерді түсіндіру

Фотосинтездің жарық кезеңі – бұл өсімдіктердің хлоропласттарында күн сәулесінің әсерінен жүзеге асатын химиялық реакциялар жиынтығы. Ол фотосинтездің алғашқы кезеңі болып табылады және өсімдіктің энергияны жинақтауы үшін өте маңызды. Бұл процесс тек жарықтың қатысуымен жүреді.

Жарық кезеңінің негізгі үдерістері:

1. Жарықтың сіңірілуі: Фотосинтез хлоропласттардың тилакоид мембраналарында өтеді, мұнда хлорофилл пигменттері күн сәулесінің энергиясын сіңіреді. Хлорофилл молекулалары жарық кванттарын (фотондарды) сіңірген кезде, олардың электрондары қозған күйге өтеді.

2. Судың фотолизі (су молекуласының ыдырауы): Жарық энергиясы су молекуласын (H₂O) ыдыратады. Бұл процесс фотолиз деп аталады. Фотолиз нәтижесінде:

   • Оттегі (O₂) түзіледі және атмосфераға шығарылады.

   • Протондар (H⁺) және электрондар бөлінеді, олар ары қарай реакцияларға қатысады.

3. АТФ синтезі (фотофосфорлану): Жарық кезеңінде электрондар арнайы ақуыздық кешендер (фотожүйе II және фотожүйе I) арқылы өтеді. Электрондардың бұл тасымалдануы кезінде энергия бөлінеді, оны өсімдік аденозинтрифосфат (АТФ) молекуласын синтездеу үшін қолданады. Бұл процесс фотофосфорлану деп аталады.

4. НАДФ+ тотықсыздануы: Электрондар әрі қарай фотожүйе I-ге келіп, НАДФ⁺ (никотинамид аденин динуклеотид фосфаты) молекуласын тотықсыздандырады, нәтижесінде НАДФ-Н₂ (тотықсызданған форма) түзіледі. НАДФН көмірқышқыл газын (CO₂) көмірсуларға айналдыру үшін қажет энергияны тасымалдайды.

Жарық кезеңінің нәтижесінде:

• Күн энергиясы химиялық энергияға айналады (АТФ және НАДФ-Н₂).

• Оттегі бөлінеді (фотолиз нәтижесінде).

• Келесі, қоректік заттардың синтезі жүретін қараңғы кезең үшін қажетті энергия жинақталады.

Жарық кезеңінің негізгі мақсаты – күн сәулесінің энергиясын жинап, оны химиялық энергияға түрлендіру, соның арқасында өсімдік органикалық заттарды синтездеу үшін дайын болады.

1. Сәйкестендіру тапсырмасы:

Жарық кезеңінде өтетін үдерістерді олардың нәтижелерімен сәйкестендіріңіз.

Процестер:
a) Жарықтың сіңірілуі
b) Судың фотолизі
c) АТФ синтезі
d) НАДФ⁺ тотықсыздануы

Нәтижелер:

1. НАДФ-Н₂ түзіледі

2. Оттегінің бөлінуі

3. Күн энергиясының сіңірілуі

4. АТФ түзілуі

Жауабы:
a – 3, b – 2, c – 4, d – 1

2. Кестені толтыру тапсырмасы:

Төмендегі кестені толтырыңыз:

Жауап үлгісі:
Жарықтың сіңірілуі – тилакоид мембраналарында өтеді – электрондардың қозған күйге өтуі.
Судың фотолизі – тилакоид мембраналарында – оттегінің бөлінуі.
АТФ синтезі – тилакоид мембраналарында – АТФ түзіледі.
НАДФ⁺ тотықсыздануы – фотожүйе I-де – НАДФ-Н₂ түзіледі.

3. Суретпен жұмыс:

Төмендегі суретке қарап, фотосинтездің жарық кезеңінің негізгі үдерістерін атаңыз және түсіндіріңіз. (Мұғалім алдын-ала фотосинтез үдерісінің суретін ұсынады, мысалы, фотожүйелер мен АТФ синтезі көрсетілген схема.)

Жауап:

• Жарықтың сіңірілуі – хлорофилл пигменттері фотондарды сіңіреді.

• Судың фотолизі – су молекуласы ыдырап, оттегі бөлінеді.

• Электрондар тасымалдау тізбегі – электрондар бір фотожүйеден екіншіге өтеді.

• АТФ синтезі – фотофосфорлану арқылы АТФ молекуласы түзіледі.

4. Түсіндірме жазу:

"АТФ және НАДФ-Н₂ молекулалары фотосинтездің жарық кезеңінде қандай рөл атқарады?" деген сұраққа жауап беріңіз.

Жауап үлгісі:
АТФ молекуласы фотосинтездің қараңғы кезеңінде көмірқышқыл газын көмірсуларға айналдыруға қажетті энергияны береді. НАДФ-Н₂ молекуласы да сол үдерісте электрондарды тасымалдап, көмірсулардың түзілуіне қатысады.

5. Сөзжұмбақ құрастыру:

Берілген терминдер арқылы фотосинтездің жарық кезеңіне қатысты сөзжұмбақ құрастырыңыз: хлорофилл, фотолиз, АТФ, НАДФ⁺, фотожүйе.

Жауап үлгісі:

• Хлорофилл: Жарық энергиясын сіңіретін жасыл пигмент.

• Фотолиз: Су молекуласының жарықтың әсерінен ыдырау үдерісі.

• АТФ: Жасушаның негізгі энергия көзі болып табылатын молекула.

• НАДФ⁺: Фотосинтездің жарық кезеңінде тотықсызданатын кофермент.

• Фотожүйе: Хлоропласттың тилакоид мембраналарындағы жарық жинайтын кешендер.

1. Логикалық тапсырма:

Тапсырма:
Егер су фотосинтездің жарық кезеңінде ыдырап, оттегі бөлінсе, ал қараңғы кезеңде көмірсулар синтезделсе, онда фотосинтез үшін су, жарық, және көмірқышқыл газының қатысуы қандай рөл атқарады? Әр компоненттің маңызын түсіндіріңіз.

Жауабы:

• Су: Жарық кезеңінде су фотолиз үдерісі арқылы ыдырайды. Нәтижесінде электрондар, протондар және оттегі бөлінеді. Электрондар әрі қарай энергия тасымалдау тізбегінде қолданылады, ал протондар АТФ синтезіне қатысады. Оттегі – фотосинтездің жанама өнімі.

• Жарық: Жарық фотосинтездің жарық кезеңін қозғаушы негізгі фактор болып табылады. Хлорофилл молекулалары күн сәулесін сіңіреді және бұл энергия электрондарды қозған күйге ауыстырады, осылайша реакцияларды бастайды.

• Көмірқышқыл газы: Қараңғы кезеңде көмірқышқыл газы органикалық молекулаларға айналады. Бұл процесс НАДФ-Н₂ мен АТФ энергиясын пайдаланып, көмірқышқыл газын көмірсуларға айналдырады.

2. Логикалық тапсырма:

Тапсырма:
Фотосинтездің жарық кезеңінде судың ыдырауы оттегінің бөлінуіне әкеледі, ал электрондар мен протондар энергияны жинақтауға қатысады. Егер бұл кезеңде су жеткіліксіз болса, фотосинтез процесінде қандай өзгерістер болуы мүмкін және өсімдіктердің тіршілігіне қандай әсері тиеді?

Жауабы:
Егер су жеткіліксіз болса, фотосинтездің жарық кезеңінде су фотолизі дұрыс жүрмейді. Бұл:

• Оттегінің бөлінуін азайтады немесе тоқтатады.

• Электрондар мен протондар жеткіліксіз болады, бұл АТФ пен НАДФ-Н₂ синтезіне қажетті энергияның азаюына әкеледі.

• АТФ пен НАДФ-Н₂ жетіспеген жағдайда фотосинтездің қараңғы кезеңі (Кальвин циклі) дұрыс жұмыс істемейді, нәтижесінде көмірқышқыл газы органикалық заттарға айналмайды.

• Бұл өсімдіктің өсуі мен тіршілік етуіне кері әсерін тигізеді, себебі өсімдік энергияны жинақтап, қажетті қоректік заттарды түзбейді.

1. Есеп:

Тапсырма:
Фотосинтез кезінде 18 су молекуласы ыдырады. Бұл кезде қанша оттегі молекуласы бөлінеді және қанша АТФ молекуласы синтезделеді?

Шешуі:

• Судың фотолизі реакциясы: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
  Әрбір 2 су молекуласы ыдырағанда 1 оттегі молекуласы бөлінеді.

Егер 18 су молекуласы ыдыраса, онда:
18 H₂O → (18/2) = 9 O₂ молекуласы бөлінеді.

• Әр су молекуласының ыдырауы кезінде электрондар тасымалданады, олар АТФ синтезіне қажетті энергияны береді. Әрбір су молекуласы фотолизге қатысқанда 1 АТФ молекуласы синтезделеді.

Демек, 18 су молекуласынан 18 АТФ молекуласы синтезделеді.

Жауабы:
9 оттегі молекуласы және 18 АТФ молекуласы түзіледі.

2. Есеп:

Тапсырма:
Фотосинтездің жарық кезеңінде өсімдік 36 АТФ молекуласын синтездеді. Бұл үшін қанша су молекуласы ыдырағанын және қанша оттегі молекуласы бөлінгенін есептеңіз.

Шешуі:

• Әрбір су молекуласы ыдырағанда 1 АТФ молекуласы синтезделеді.
  Демек, 36 АТФ молекуласын синтездеу үшін 36 су молекуласы қажет.

• Әрбір 2 су молекуласы ыдырағанда 1 оттегі молекуласы бөлінеді.
  36 су молекуласы ыдырағанда бөлінетін оттегі молекуласының саны:
  36 H₂O → (36/2) = 18 O₂ молекуласы бөлінеді.

Жауабы:
36 су молекуласы ыдырайды, және 18 оттегі молекуласы бөлінеді.

1. Фотосинтездің жарық кезеңі қай жерде өтеді?

a) Хлоропласттың стромасында
b) Тилакоид мембраналарында
c) Митохондрияда
d) Цитоплазмада

Жауап: b) Тилакоид мембраналарында

2. Фотосинтездің жарық кезеңінде энергия қандай формада жинақталады?

a) Глюкоза
b) Көмірқышқыл газы
c) АТФ және НАДФ-Н₂
d) Липидтер

Жауап: c) АТФ және НАДФ-Н₂

3. Жарық кезеңінде қай үдеріс жүреді?

a) Көмірқышқыл газының сіңірілуі
b) Судың ыдырауы (фотолиз)
c) Глюкозаның синтезі
d) Крахмалдың ыдырауы

Жауап: b) Судың ыдырауы (фотолиз)

4. Судың фотолизі кезінде қандай өнім бөлінеді?

a) Азот
b) Оттегі
c) Көмірқышқыл газы
d) Фосфор

Жауап: b) Оттегі

5. Фотосинтездің жарық кезеңінде қандай пигмент жарық сіңіреді?

a) Каротиноид
b) Хлорофилл
c) Гемоглобин
d) Флавоноид

Жауап: b) Хлорофилл

6. Фотосинтездің жарық кезеңінде электрондар қайдан пайда болады?

a) Көмірқышқыл газынан
b) Глюкозадан
c) Судың ыдырауынан
d) Оттегіден

Жауап: c) Судың ыдырауынан

7. АТФ қандай үдерісте түзіледі?

a) Фотолиз
b) Фотофосфорлану
c) Көмірсулардың синтезі
d) Глюкозаның ыдырауы

Жауап: b) Фотофосфорлану

8. НАДФ⁺ молекуласы фотосинтездің жарық кезеңінде қандай өнімге айналады?

a) НАДФ-Н₂
b) АТФ
c) СО₂
d) Глюкоза

Жауап: a) НАДФ-Н₂

9. Фотосинтездің жарық кезеңінің соңында не түзіледі?

a) Көмірқышқыл газы
b) Глюкоза
c) АТФ және НАДФ-Н₂
d) Сүт қышқылы

Жауап: c) АТФ және НАДФ-Н₂

10. Жарық кезеңінде қандай үдеріс жүрмейді?

a) Жарықтың сіңірілуі
b) НАДФ⁺ тотықсыздануы
c) Оттегінің бөлінуі
d) Глюкозаның түзілуі

Жауап: d) Глюкозаның түзілуі

11. Фотосинтездің жарық кезеңінде су молекуласының ыдырауы қалай аталады?

a) Гидролиз
b) Фотолиз
c) Пиролиз
d) Крекинг

Жауап: b) Фотолиз

12. Фотосинтездің жарық кезеңінде фотожүйелер қандай рөл атқарады?

a) Электрондарды қоздырады
b) Суды ыдыратады
c) Глюкозаны синтездейді
d) СО₂ сіңіреді

Жауап: a) Электрондарды қоздырады

13. Фотосинтездің жарық кезеңінің ең басты энергия көзі қандай?

a) Хлорофилл
b) Жарық
c) Көмірқышқыл газы
d) Глюкоза

Жауап: b) Жарық

14. Фотосинтездің жарық кезеңінде қандай газ бөлінеді?

a) Көмірқышқыл газы
b) Оттегі
c) Азот
d) Метан

Жауап: b) Оттегі

15. Жарық кезеңінде түзілген НАДФ-Н₂ молекуласы қай кезеңде пайдаланылады?

a) Жарық кезеңінде
b) Қараңғы кезеңінде
c) Судың фотолизінде
d) Электрон тасымалдану кезеңінде

Жауап: b) Қараңғы кезеңінде

16. Фотосинтездің жарық кезеңінде не энергия көзі ретінде пайдаланылады?

a) Жылу
b) Жарық
c) Су
d) Глюкоза

Жауап: b) Жарық

17. Судың фотолизінен қандай зат бөлінбейді?

a) Оттегі
b) Протондар
c) Электрондар
d) Көмірқышқыл газы

Жауап: d) Көмірқышқыл газы

18. Жарық кезеңінде электрондардың тасымалдану тізбегі қандай өнім түзеді?

a) НАДФ-Н₂ және АТФ
b) Глюкоза
c) СО₂
d) Оттегі

Жауап: a) НАДФ-Н₂ және АТФ

19. Жарық кезеңінде электрондарды қабылдаушы соңғы молекула қандай?

a) Оттегі
b) Су
c) НАДФ⁺
d) Көмірқышқыл газы

Жауап: c) НАДФ⁺

20. Жарық кезеңінде хлорофилл молекулаларына түсетін фотондар не істейді?

a) Суды ыдыратады
b) Электрондарды қозған күйге ауыстырады
c) Глюкоза түзеді
d) СО₂ сіңіреді

Жауап: b) Электрондарды қозған күйге ауыстырады

Сұрақ-жауап тапсырмалары:

1. Сұрақ:

Фотосинтездің жарық кезеңі қандай органеллада өтеді?

Жауап:
Фотосинтездің жарық кезеңі хлоропласттың тилакоид мембраналарында өтеді.

2. Сұрақ:

Жарық кезеңінде жарықтың рөлі қандай?

Жауап:
Жарық фотосинтездің жарық кезеңіндегі реакцияларды қозғаушы негізгі энергия көзі болып табылады. Хлорофилл молекулалары жарықты сіңіріп, электрондарды қозған күйге ауыстырады.

3. Сұрақ:

Судың фотолизі кезінде қандай өнімдер түзіледі?

Жауап:
Судың фотолизі нәтижесінде оттегі, электрондар және протондар түзіледі.

4. Сұрақ:

НАДФ⁺ молекуласы жарық кезеңінде қандай молекулаға айналады?

Жауап:
НАДФ⁺ молекуласы электрондарды қабылдап, НАДФ-Н₂-ға айналады.

5. Сұрақ:

АТФ молекуласы фотосинтездің жарық кезеңінде қандай рөл атқарады?

Жауап:
АТФ молекуласы жарық кезеңінде түзілген энергияны сақтап, фотосинтездің қараңғы кезеңінде органикалық заттардың синтезіне пайдаланылады.

6. Сұрақ:

Электрондар қайдан алынады және олар қандай рөл атқарады?

Жауап:
Электрондар судың фотолизінен алынады. Олар электрондар тасымалдану тізбегінде қозғалып, АТФ және НАДФ-Н₂ түзілуіне энергия береді.

7. Сұрақ:

Фотосинтездің жарық кезеңінде қандай зат энергия тасымалдаушысы ретінде қызмет атқарады?

Жауап:
АТФ және НАДФ-Н₂ молекулалары энергия тасымалдаушысы ретінде қызмет атқарады.

8. Сұрақ:

Жарық кезеңінде оттегі қайдан пайда болады?

Жауап:
Оттегі су молекуласының фотолизі кезінде түзіледі.

9. Сұрақ:

Фотофосфорлану процесінің мәні неде?

Жауап:
Фотофосфорлану – бұл жарық энергиясын пайдаланып, АДФ-дан АТФ молекуласын синтездеу процесі.

10. Сұрақ:

Фотожүйелердің негізгі функциясы қандай?

Жауап:
Фотожүйелер жарық энергиясын сіңіріп, оны электрондарды қозғау үшін пайдаланады, осылайша электрондар тасымалдану тізбегін бастайды.