1. Сравнение фотосинтеза и клеточного дыхания
Фотосинтез и дыхание — два взаимосвязанных процесса, составляющих основу круговорота веществ и энергии в биосфере. Один запасает энергию, другой — высвобождает.
| Признак | Фотосинтез | Клеточное дыхание |
|---|---|---|
| Суть процесса | Пластический обмен (ассимиляция). Создание органических веществ из неорганических с использованием энергии света. | Энергетический обмен (диссимиляция). Разложение органических веществ с выделением энергии, запасаемой в АТФ. |
| Уравнение (упрощенно) | 6CO₂ + 6H₂O + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ | C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + энергия (38 АТФ) |
| Локализация в клетке | Хлоропласты (тилакоиды и строма) | Цитоплазма (гликолиз) и митохондрии (окисление) |
| Исходные вещества | Углекислый газ (CO₂), вода (H₂O) | Органические вещества (глюкоза), кислород (O₂) |
| Конечные продукты | Органические вещества (глюкоза), кислород (O₂) | Углекислый газ (CO₂), вода (H₂O) |
| Энергетический баланс | Поглощение энергии света, запасание её в химических связях глюкозы. | Высвобождение энергии химических связей, запасание в АТФ. |
| Тип организмов | Автотрофы (растения, цианобактерии, некоторые протисты). | Все живые организмы (автотрофы и гетеротрофы). |
Визуализация взаимосвязи процессов
Эти два процесса образуют замкнутый цикл, обеспечивающий жизнь на Земле.
(Запасание энергии)
(Высвобождение энергии)
Кислород, выделяемый при фотосинтезе, используется для дыхания. Углекислый газ, продукт дыхания, — сырьё для фотосинтеза.
2. Фотосинтез: световая и темновая фазы
Фотосинтез — сложный двухфазный процесс, происходящий в хлоропластах. Первая фаза зависит от света, вторая — может идти в темноте, используя продукты световой фазы.
Локализация: Тилакоиды гран хлоропластов.
Условие: Обязательно требуется свет.
- Поглощение света хлорофиллом и другими пигментами.
- Фотолиз воды: H₂O → 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂↑. Кислород выделяется в атмосферу именно на этой стадии.
- Синтез АТФ из АДФ и фосфата (фотофосфорилирование).
- Образование НАДФ·Н₂ (переносчик водорода) из НАДФ⁺.
Локализация: Строма хлоропластов.
Условие: Не требует света, но нужны АТФ и НАДФ·Н₂.
- Фиксация углекислого газа (CO₂) на акцепторе (рибулозо-1,5-бифосфат, РиБФ).
- Серия ферментативных реакций с использованием АТФ и НАДФ·Н₂.
- Восстановление CO₂ до уровня глюкозы (C₆H₁₂O₆).
- Регенерация акцептора CO₂ (РиБФ) для продолжения цикла.
Суммарное уравнение фотосинтеза
*Кислород в выделяемой молекуле O₂ происходит из воды, а не из углекислого газа. Это было доказано опытами с мечеными атомами.
3. Клеточное дыхание: этапы и энергетический выход
Дыхание — процесс окисления органических веществ (чаще всего глюкозы) до неорганических с поэтапным выделением энергии, часть которой запасается в АТФ. Бывает аэробное (кислородное) и анаэробное (бескислородное).
| Этап дыхания | Локализация | Что происходит? | Выход АТФ (на 1 глюкозу) |
|---|---|---|---|
| 1. Гликолиз | Цитоплазма | Бескислородное расщепление глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК, С₃Н₄О₃). Сопровождается образованием НАД·Н и АТФ. | 2 АТФ (чистый выход) |
| 2. Подготовительный этап | Матрикс митохондрий | Окислительное декарбоксилирование ПВК. ПВК превращается в ацетил-КоА с выделением CO₂ и образованием НАД·Н. | 0 АТФ (но образуется НАД·Н) |
| 3. Цикл Кребса (Цитратный цикл) | Матрикс митохондрий | Поэтапное окисление ацетил-КоА до CO₂. Сопровождается образованием НАД·Н, ФАД·Н₂ и одной молекулы АТФ (на каждую ПВК). | 2 АТФ (по 1 на каждую ПВК) |
| 4. Дыхательная цепь (окислительное фосфорилирование) | Внутренняя мембрана митохондрий | Перенос электронов от НАД·Н и ФАД·Н₂ по цепи переносчиков на кислород. Энергия переноса используется для накачки протонов и последующего синтеза АТФ. | ~34 АТФ |
| ИТОГО (Аэробное дыхание) | - | C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O | ~38 АТФ (теоретический максимум, реально ~30-36) |
1) Расчёт АТФ: Если с 1 глюкозы → 38 АТФ, то с 5 глюкоз → 5 × 38 = 190 АТФ.
2) Расчёт кислорода: Смотрим суммарное уравнение аэробного дыхания:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → ...
На 1 глюкозу требуется 6 O₂. Значит, на 5 глюкоз: 5 × 6 = 30 молекул O₂.
Правильный ответ: В (АТФ = 190, O₂ = 30). Обратите внимание: варианты А и В в данном случае одинаковы, это сделано для проверки внимательности. В реальном тесте такого не будет.
4. Ключевые формулы и расчёты для ЕГЭ
В заданиях ЕГЭ по биологии часто встречаются задачи на применение знаний о фотосинтезе и дыхании в расчётной форме.
Основные формулы
Коэффициенты важны! Для синтеза 1 молекулы глюкозы нужно 6 молекул CO₂ и выделяется 6 молекул O₂.
Соотношение газов: Поглощается 6 O₂, выделяется 6 CO₂. Выход АТФ — теоретический максимум 38, реально около 30.
1) Записываем уравнение: 6CO₂ + ... → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
2) Находим количество моль CO₂: n(CO₂) = m / M = 132 г / 44 г/моль = 3 моль.
3) Находим количество моль глюкозы: По уравнению: 6 моль CO₂ → 1 моль C₆H₁₂O₆. Составляем пропорцию:
6 моль CO₂ — 1 моль глюкозы
3 моль CO₂ — x моль глюкозы
x = (3 × 1) / 6 = 0,5 моль глюкозы.
4) Находим массу глюкозы: m(глюкозы) = n × M = 0,5 моль × 180 г/моль = 90 г.
5) Находим количество моль O₂: По уравнению: 6 моль CO₂ → 6 моль O₂. Значит, из 3 моль CO₂ выделится 3 моль O₂.
6) Находим объём O₂ при н.у.: V(O₂) = n × Vm = 3 моль × 22,4 л/моль = 67,2 л.
Правильный ответ: Б (90 г глюкозы, 67,2 л O₂). Обратите внимание на соответствие коэффициентов в уравнении.
5. Планетарное значение фотосинтеза и дыхания
Эти процессы — основа устойчивости биосферы и существования жизни в её современной форме.
- Первичное звено в пищевых цепях: Создание органического вещества, которым питаются все гетеротрофы.
- Поддержание постоянства газового состава атмосферы: Поглощение CO₂ и выделение O₂.
- Накопление энергии: Преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей, доступную живым организмам.
- Озоновый слой: Кислород, выделяемый при фотосинтезе, участвует в образовании озона (O₃), защищающего от УФ-излучения.
- Обеспечение энергией: Высвобождение энергии, запасённой в органических веществах, и запасание её в универсальной форме — АТФ.
- Обеспечение углеродным скелетом: Промежуточные продукты дыхания (например, из цикла Кребса) используются для синтеза аминокислот, нуклеотидов и других веществ.
- Терморегуляция: Часть энергии рассеивается в виде тепла, что важно для поддержания температуры тела у теплокровных животных.
- Звено в круговороте углерода: Возвращение CO₂ в атмосферу для повторного использования автотрофами.
Тест: 20 вопросов по теме "Фотосинтез и дыхание" (ЕГЭ 2026)
Пройдите финальный тест, чтобы проверить усвоение материала. Вопросы составлены в формате ЕГЭ по биологии.
Ваш результат
Проверенные курсы для системной подготовки к ЕГЭ по биологии
Чтобы закрепить успех и подготовиться ко всем заданиям ЕГЭ, рекомендуем обратиться к структурированным курсам от известных образовательных платформ.
Углубленные курсы по биологии с разбором сложных тем, включая биохимию, молекулярную биологию и физиологию. Преподаватели из МГУ и ведущих вузов. Подробный разбор задач ЕГЭ.
Перейти на сайт ФоксфордаСпециализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики, в том числе по решению задач на генетику, экологию, фотосинтез и дыхание. Доступна с любого устройства.
Перейти на сайт СоткиИндивидуальные занятия с репетитором. Идеально, если нужно разобрать сложную тему «с нуля» или ликвидировать конкретные пробелы, например, в расчётах по биохимии.
Перейти на сайт ТетрикиКрупная платформа с тысячами учеников. Все платежи проходят через официальные системы, предоставляется доступ в личный кабинет с учебными материалами по ботанике, зоологии, анатомии.
Перейти на сайт УмскулОнлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплаты, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по биологии для ЕГЭ.
Перейти на сайт Учи.Дома