Przeprowadzono doświadczenie dotyczące warunków przebiegu fotosyntezy u moczarki
kanadyjskiej. W tym celu przygotowano cztery zestawy doświadczalne A–D:
Jednakowej długości pędy moczarki kanadyjskiej umieszczono w zlewkach z wodnym roztworem sody oczyszczonej, które następnie przykryto szklanym lejkiem. Na szczycie każdego lejka umieszczono szklaną probówkę wypełnioną wodą.
Wszystkie zestawy oświetlano światłem o takim samym natężeniu, ale w każdym zestawie utrzymywano inną temperaturę wody.
Na rysunkach przedstawiono wyniki przeprowadzonego doświadczenia uzyskane w zestawach
A–D.
Na podstawie: http://www.proprofs.com/quiz-school/story.php?title=le-hw4111b
3.1. (0–1)
Sformułuj problem badawczy przedstawionego doświadczenia.
3.2. (0–1)
Określ, w którym zestawie doświadczalnym (A–D) proces fotosyntezy zachodził
z największą intensywnością. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do przedstawionych
wyników doświadczenia.
Na schemacie przedstawiono proces asymilacji CO2 oraz przemiany jej produktów zachodzące
w komórce mezofilu.
Na podstawie: M. Barbor, M. Boyle, M. Cassidy, K. Senior, Biology, London 1999.
a)
Podaj nazwę cyklu oznaczonego na schemacie numerem 1. oraz pełną nazwę triozy, która jest jego produktem.
Nazwa cyklu:
Nazwa triozy:
b)
Na podstawie schematu opisz procesy biochemiczne zachodzące w komórkach mezofilu w sytuacji, gdy produkcja PGAl jest tak intensywna, że przewyższa możliwość transportu tego związku do cytozolu.
Na poniższym schemacie przedstawiono transport elektronów zachodzący podczas reakcji
świetlnych fotosyntezy u roślin.
4.1. (0–1)
Na podstawie schematu opisz, na czym polega udział fotosystemu II w fotolizie wody.
4.2. (0–1)
Na podstawie schematu i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały
informacje prawdziwe. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Kompleks cytochromów znajduje się w (zewnętrznej błonie otoczki chloroplastu /
błonie tylakoidu). Pompa protonowa transportuje protony (do wnętrza tylakoidu / na zewnętrz
tylakoidu). Powstaje gradient protonowy, dzięki któremu następuje (fotoliza wody /
synteza ATP / synteza NADPH + H+).
4.3. (0–1)
Spośród poniższych odpowiedzi A–D wybierz i zaznacz tę, która zawiera poprawne
informacje dotyczące fotosystemów uczestniczących w transporcie elektronów
zachodzącym w sposób niecykliczny oraz produktów reakcji towarzyszących temu
transportowi.
Na uproszczonym schemacie przedstawiono przebieg fotosyntezy. Fazę jasną (zależną od
światła) i fazę ciemną (niezależną od światła – cykl Calvina-Bensona) oddzielono przerywaną
linią.
3.1. (0–1)
Oceń, czy poniższe informacje dotyczące procesu fotosyntezy są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Faza fotosyntezy zależna od światła dostarcza ATP i NADPH + H+, niezbędnych do przebiegu procesów cyklu Calvina-Bensona.
P
F
2.
Procesy fazy zależnej od światła zachodzą w tylakoidach i stromie chloroplastów, a procesy cyklu Calvina-Bensona – tylko w stromie.
P
F
3.
Zahamowanie procesów cyklu Calvina-Bensona skutkuje zahamowaniem fosforylacji niecyklicznej ze względu na gromadzenie się ATP i NADPH + H+.
P
F
3.2. (0–1)
Określ, jaką funkcję pełnią cząsteczki chlorofilu znajdujące się w centrum reakcji fotosystemów.
3.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały informacje prawdziwe. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
W fazie fotosyntezy zależnej od światła ATP może powstawać w drodze fotosyntetycznej
fosforylacji cyklicznej lub niecyklicznej. Rozkład cząsteczki wody zachodzi podczas
fosforylacji (cyklicznej / niecyklicznej). U roślin podczas fazy zależnej od światła mogą
zachodzić (tylko procesy fosforylacji niecyklicznej / oba rodzaje fosforylacji). W cyklu
Calvina-Bensona ATP nie jest zużywane podczas etapu (karboksylacji / regeneracji).
3.4. (0–1)
Podaj nazwę związku oznaczonego na schemacie literą X oraz określ jego rolę w fazie niezależnej od światła.
Nazwa związku X:
Rola w fazie niezależnej od światła:
3.5. (0–1)
Wyjaśnij, w jaki sposób stosowanie tzw. suchego lodu, czyli zestalonego dwutlenku węgla, przekłada się na zwiększony przyrost biomasy warzyw uprawianych w szklarniach. W odpowiedzi uwzględnij proces, w którym uczestniczy ten związek chemiczny.
Aparat szparkowy składa się z komórek przyszparkowych oraz komórek szparkowych
zawierających chloroplasty, pomiędzy którymi tworzy się szparka, łącząca środowisko
zewnętrzne rośliny z komorą podszparkową i dalej – z przestworami międzykomórkowymi.
W doświadczeniu badano wpływ DCMU na stopień otwarcia aparatów szparkowych.
DCMU to organiczny związek hamujący transport elektronów pomiędzy fotosystemem II
a fotosystemem I.
Na schematach przedstawiono kierunek dyfuzji cząsteczek dwutlenku węgla oraz stan
aparatów szparkowych skórki dolnej liścia w kolejnych próbach (A–C).
4.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji uzupełnij poniższe zdanie tak, aby powstał poprawny wniosek z tego eksperymentu. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Pod wpływem DCMU stężenie CO2 w komorze podszparkowej (wzrasta / maleje), w wyniku
czego aparaty szparkowe się (zamykają / otwierają).
4.2. (0–1)
Wyjaśnij, uwzględniając procesy metaboliczne zachodzące w komórkach roślin, dlaczego dodanie związku DCMU w próbie C wywołało zmianę stężenia CO2 w jamie podszparkowej.
Anabaena to rodzaj nitkowatych sinic. Większość komórek w nici tej sinicy przeprowadza
fotosyntezę. W skład nici wchodzą także wyspecjalizowane komórki o grubych ścianach
komórkowych, zwane heterocytami, asymilujące azot atmosferyczny. W heterocytach nie jest
aktywny fotosystem II. Biologiczne wiązanie N2 w heterocytach zachodzi przy udziale
złożonego układu enzymatycznego, w skład którego wchodzi nitrogenaza. Enzym ten
katalizuje w warunkach beztlenowych reakcję wiązania azotu atmosferycznego, którą
sumarycznie można przedstawić następująco:
N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ → 2NH3 + H2 + 16ADP +16Pi
Międzykomórkowe połączenia między poszczególnymi komórkami nici pozwalają
heterocytom pozyskiwać węglowodany i transportować do sąsiednich komórek produkty
wiązania N2 w postaci glutaminy.
Na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012;
W.J.H. Kunicki-Goldfinger, Życie bakterii, Warszawa 2005.
5.1. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego w heterocytach sinicy Anabaena nie może być aktywny fotosystem II. W odpowiedzi uwzględnij funkcję heterocytów oraz proces zachodzący w fotosystemie II.
5.2. (0–1)
Określ, czy reakcja wiązania azotu atmosferycznego zachodząca w heterocytach sinicy Anabaena ma charakter anaboliczny, czy – kataboliczny. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do jednej z cech tej klasy reakcji.
5.3. (0–1)
Wyjaśnij znaczenie połączeń między komórkami fotosyntetyzującymi a heterocytami u sinic Anabaena dla efektywnego zachodzenia fotosyntezy. W odpowiedzi uwzględnij procesy zachodzące w obu rodzajach komórek.
Na schemacie A przedstawiono przebieg jednej z faz fotosyntezy – fazę niezależną od światła
(cykl Calvina-Bensona), w której zachodzi asymilacja dwutlenku węgla. W cyklu tym zostają
zużyte produkty fazy fotosyntezy zależnej od światła – ATP i NADPH + H+, tzw. siła
asymilacyjna. Poszczególne etapy cyklu Calvina-Bensona zaznaczono cyframi 1–3.
Na schemacie B przedstawiono wynik doświadczenia, w którym w komórkach glonu
z rodzaju Chlorella badano zmiany stężenia kwasu 3-fosfoglicerynowego (PGA) oraz
rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP), jakie zachodzą podczas tego cyklu na świetle
i w ciemności.
a)
Podaj nazwy etapów cyklu Calvina-Bensona oznaczonych na schemacie A cyframi 1–3 oraz określ lokalizację tego cyklu w chloroplaście.
Etapy cyklu Calvina-Bensona:
Lokalizacja tego cyklu w chloroplaście:
b)
Na podstawie przedstawionych informacji wyjaśnij, dlaczego w ciemności ilość RuBP spada praktycznie do zera, a ilość PGA gwałtownie rośnie i utrzymuje się na wysokim poziomie.
Poniżej przedstawiono trzy sumaryczne reakcje opisujące asymilację dwutlenku węgla przez różne grupy organizmów autotroficznych.
Podaj, która z powyższych reakcji jest charakterystyczna dla chemosyntezy, a która dla fotosyntezy przeprowadzonej przez niektóre bakterie siarkowe, np. purpurowe. W każdym przypadku uzasadnij swój wybór.
Chemosynteza , ponieważ
Fotosynteza u niektórych bakterii siarkowych , ponieważ
Na schemacie przedstawiono w uproszczeniu dwa etapy procesu fotosyntezy (I i II).
a)
Uzupełnij tabelę – wpisz nazwy I i II etapu fotosyntezy oraz lokalizację każdego z tych etapów w chloroplaście.
Etap fotosyntezy
Nazwa etapu
Lokalizacja w chloroplaście
I
II
b)
Na podstawie schematu uzasadnij, że II etap fotosyntezy ma charakter anaboliczny. W odpowiedzi uwzględnij nazwy lub symbole odpowiednich związków chemicznych.
c)
Przedstaw funkcję, jaką pełni woda w I etapie fotosyntezy.
Mitochondria i chloroplasty pochodzą najpewniej od bakterii żyjących samodzielnie, które zostały pobrane do wnętrza komórki przodka organizmów eukariotycznych, ale nie zostały strawione. W obydwu organellach dochodzi do syntezy ATP. Zgodnie z modelem chemiosmozy, dzięki transportowi elektronów przez przenośniki związane z błoną, protony (H+) są przepompowywane na jej drugą stronę: w mitochondriach z matriks do przestrzeni międzybłonowej, a w chloroplastach – ze stromy do wnętrza (światła) tylakoidu. W błonę wbudowany jest enzym – syntaza ATP, który wykorzystuje do swojego działania powstałą różnicę stężeń H+. Źródła elektronów, przechodzących przez przenośniki łańcucha transportu elektronów, są różne w mitochondriach i w chloroplastach, ale istota
procesu chemiosmozy jest taka sama w obydwu organellach – co przedstawiono na poniższym schemacie.
Na podstawie: Biologia, red. N.A. Campbell, Poznań 2012.
4.1. (0–1)
Podaj jeden argument na rzecz endosymbiotycznego pochodzenia mitochondriów i chloroplastów.
4.2. (0–1)
Na podstawie podanych informacji oceń prawdziwość stwierdzenia: „Synteza ATP w mitochondriach i chloroplastach zachodzi bezpośrednio w procesie przepompowywania protonów (H+) podczas transportu elektronów przez przenośniki łańcucha transportu elektronów”. Odpowiedź uzasadnij.
4.3. (0–1)
Określ, czy transport protonów (H+) z matriks mitochondrium i stromy chloroplastu jest aktywny, czy – bierny. Odpowiedź uzasadnij, korzystając z przedstawionych informacji.
4.4. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego zbyt wysoka temperatura może doprowadzić do zatrzymania syntezy ATP w mitochondriach i chloroplastach.
4.5. (0–1)
Podaj, w której fazie fotosyntezy (zależnej od światła czy niezależnej od światła) powstaje i do czego jest następnie wykorzystywany ATP wytwarzany w chloroplastach komórki roślinnej.
4.6. (0–1)
Podaj jeden przykład powiązania procesów metabolicznych zachodzących w chloroplastach z metabolizmem mitochondriów tej samej komórki roślinnej.
