Biologia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 28.

Kategoria: Fotosynteza Typ: Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

W procesie fotosyntezy ATP jest wytwarzany w fazie zależnej od światła. Na rysunku zilustrowano przebieg doświadczenia, przeprowadzonego w całkowitej ciemności, w którym wyizolowane z komórki chloroplasty zakwaszano przez zanurzenie ich w fizjologicznym roztworze o wartości pH równej 4. Gdy pH wnętrza tylakoidu chloroplastu osiągnęło wartość pH równą 4, chloroplasty przenoszono do roztworu zasadowego o wartości pH równej 8, zawierającego ADP i Pi. W tych warunkach wartość pH stromy chloroplastu wzrastała szybko do 8, natomiast pH wnętrza tylakoidów przez pewien czas pozostawało na poziomie wartości pH równej 4. Po takim potraktowaniu chloroplastów wzrastało w nich stężenie ATP.

Na podstawie: http://www.wiley.com/college/karp/0471389137/ep/experimental_pathways.pdf;
L. Stryer, Biochemia, Warszawa 1999, s. 709.

a)	Dorysuj grot strzałki ilustrującej transport protonów (H⁺) pomiędzy wnętrzem tylakoidu a stromą chloroplastu w tym doświadczeniu i wyjaśnij, dlaczego chloroplasty były zdolne do syntezy ATP w ciemności.

b)	Wyjaśnij rolę światła w produkcji ATP w procesie fotosyntezy.

Rozwiązanie

Przykłady poprawnych odpowiedzi

(0-2)

W doświadczeniu został stworzony sztuczny gradient protonów w poprzek błony tylakoidów i dlatego chloroplasty były w stanie syntetyzować ATP w ciemności.
Chloroplasty były w stanie syntetyzować ATP w ciemności, ponieważ w doświadczeniu został stworzony gradient protonów w poprzek błony tylakoidów, a przepływ protonów ze światła tylakoidu do stromy chloroplastu przez kompeleks syntazy ATP stanowi siłę napędową syntezy ATP.
W doświadczeniu powstał gradient protonów w poprzek błony tylakoidu warunkujący syntezę ATP, a syntezie ATP towarzyszy spadek tego gradientu.

(0-1)

Światło wybija z cząsteczek chlorofilu elektrony, które, wędrując przez system przenośników, tracą energię, a część tej energii jest wykorzystywana do syntezy ATP (które dostarczają energii do syntezy ATP).
Światło wybija z cząsteczek chlorofilu elektrony, które wędrują przez system przenośników. Łańcuch transportu elektronów odpowiada za pompowanie protonów w poprzek błony tylakoidu. Powstający gradient protonów umożliwia syntezę ATP.
Podczas wędrówki elektronów (wzbudzonych przez światło) przez łańcuch przenośników, ulokowanych w błonie tylakoidu, następuje przepompowanie (przez kompleks cytochromów) protonów (H⁺) ze stromy do światła tylakoidu, co prowadzi do powstania gradientu protonów w poprzek błony tylakoidu. Powstający gradient protonów umożliwia syntezę ATP.

Wskazówki

W celu stworzenia sztucznego gradientu protonów, chloroplasty były inkubowane przez kilka godzin w roztworze fizjologicznym o wartości pH = 4, a następnie wprowadzone do roztworu o wartości pH = 8. W tych warunkach pH stromy chloroplastu szybko wzrastało do wartości pH = 8, natomiast pH wnętrza tylakoidów pozostawało na poziomie wartości pH = 4. Posłuż się tą wiedzą i dostrzeż, że ponieważ wewnątrz tylakoidu chloroplastu jest wysokie stężenie jonów wodorowych (pH = 4), a w stromie niższe niż w świetle tylakoidu (pH = 8), więc przemieszczają się one z wnętrza tylakoidu do stromy chloroplastu i taki kierunek zaznacz na rysunku dorysowując brakujący grot strzałki.
ATP w chloroplastach jest wytwarzany w procesie fotosyntezy w fazie zależnej od światła. Światło wybija elektrony z cząsteczek chlorofilu, które wędrują przez system przenośników. Łańcuch transportu elektronów odpowiada za pompowanie protonów w poprzek błony tylakoidu. Powstający gradient protonów umożliwia syntezę ATP. Aby zrealizować polecenie zauważ, że w opisanym doświadczeniu, przez umieszczanie chloroplastów w roztworach o różnym pH, stworzono sztuczny gradient protonów w poprzek błony tylakoidu i dlatego chloroplasty były w stanie wytwarzać ATP (w ciemności) podczas transportu protonów przez syntazę ATP znajdującą się w błonie tylakoidu.

Realizując to polecenie, pamiętaj, że w fazie fotosyntezy zależnej od światła podczas wędrówki elektronów (wzbudzonych przez światło z cząsteczek chlorofilu) przez łańcuch przenośników, ulokowanych w błonie tylakoidu, następuje przepompowanie (przez kompleks cytochromów) protonów (H⁺) ze stromy chloroplastu do światła tylakoidu, co prowadzi do powstania gradientu protonów w poprzek błony tylakoidu i wyjaśnij, że to właśnie powstający gradient protonów umożliwia syntezę ATP przez syntazę ATP.