Урок 6. Тестовые задания (60 вопросов)

236

Интенсивность процесса оценивают по продукту O₂, расходованию CO₂ или накоплению органического вещества; описание цвета, название вида и рисунок сосуда не дают количественной оценки скорости.

2

В глюкозе шесть атомов углерода, в одной триозе — три; поэтому для синтеза гексозы нужны две триозы.

235

Световые реакции локализованы в тилакоидах, дают электроны при фотолизе воды и создают градиент H⁺; фиксация CO₂ происходит в цикле Кальвина.

ДБГВА

ФС II получает энергию света; вода восполняет потерянные электроны; цепь создаёт градиент; ФС I повторно возбуждает электроны, после чего восстанавливается НАДФ⁺.

А — мембрана тилакоида; Б — фиксация CO₂ и образование триозофосфата

Тилакоидная мембрана несёт фотосистемы и АТФ-синтазу; ферменты фиксации углерода растворены в строме.

124

Цикл использует CO₂ как источник углерода, АТФ как источник энергии и НАДФ·Н как восстановитель.

24

В 12 молекулах O₂ содержится 24 атома кислорода; именно кислород воды становится молекулярным кислородом фотосинтеза.

Общий признак — фиксация CO₂ с образованием органического вещества; фотосинтез использует свет; хемосинтез — энергию окисления неорганических веществ

Оба процесса автотрофны, но первичный источник энергии различен.

Синтез АТФ из АДФ и фосфата за счёт протонного градиента, созданного светозависимым переносом электронов.

Дополнительный АТФ; НАДФ·Н и O₂ не образуются.

Освещённость, при которой скорость фотосинтеза равна скорости дыхания и чистый газообмен равен нулю.

Зелёная часть спектра слабее поглощается хлорофиллами и сильнее отражается или проходит через лист.

Расширяют спектр поглощения и защищают фотосистемы от избытка возбуждения и активных форм кислорода.

Путь, начинающийся с присоединения O₂ к RuBP, сопровождающийся расходом энергии и потерей CO₂.

Фосфоенолпируват, PEP.

У C₄ разделение пространственное, у CAM — временное.

Скорость процесса ограничивает фактор, наиболее удалённый от оптимума в данных условиях.

Например, нитрифицирующие и сероокисляющие; также железо- и водородные бактерии.

Из CO₂ или другой неорганической формы углерода.

В нём накапливаются H⁺, создавая протон-движущую силу для АТФ-синтазы.

356

C₄-путь пространственно концентрирует CO₂; ночное открывание устьиц характерно для CAM.

ВБДАГ

После карбоксилирования нестойкий продукт распадается, восстанавливается за счёт АТФ и НАДФ·Н; часть триозы выходит, остальная регенерирует акцептор.

А — дефицит АТФ и НАДФ·Н; Б — снижение карбоксилирования РуБФ; В — нарушение работы ферментов и усиление потерь воды/фотодыхания

Каждый фактор ограничивает своё звено; формулировка должна связывать фактор с механизмом.

1) При 20 °C повышение CO₂ с 400 до 900 ppm увеличило скорость с 8 до 13 ед.

2) При 35 °C эффект повышения CO₂ был намного слабее, а скорость ниже при обеих концентрациях

Выводы должны содержать условия, направление и численные показатели; объяснение механизма здесь не требуется.

146

Температуру, объект и CO₂ контролируют, а независимые повторы позволяют оценить разброс.

156

Нитрифицирующие, указанные сероокисляющие и железоокисляющие бактерии получают энергию при окислении неорганических соединений; дрожжи и грибы — гетеротрофы.

БВГДА. Сначала задают постоянные условия, измеряют исходную скорость, затем отдельно проверяют CO₂ и освещённость и сопоставляют эффекты.

А — вода; Б — кислород

В фотосинтезе вода отдаёт электроны, а в дыхании кислород принимает их в конце цепи.

Электроны не имеют конечного акцептора, переносчики восстанавливаются, цепь переполняется и новые электроны от ФС II принимать некому.

Они окисляют аммоний до нитрита и нитрата, участвуют в круговороте азота и делают нитрат доступным растениям, хотя повышают риск вымывания азота.

Хлоропласт окружён наружной и внутренней мембранами; внутри находится строма с ДНК, рибосомами и ферментами цикла Кальвина. Тилакоиды образуют стопки — граны; стромальные ламеллы соединяют тилакоиды гран. Люмен — внутреннее пространство тилакоидов. В нём накапливаются H⁺, а тилакоидная мембрана удерживает градиент. Большая площадь мембраны позволяет разместить больше комплексов световых реакций и АТФ-синтаз.

Вода отдаёт электроны фотосистеме II, возбужденной светом; выделяются O₂ и H⁺. Электроны проходят через пластохинон, комплекс b₆f и пластоцианин к фотосистеме I, вновь возбуждаются светом и через ферредоксин и НАДФ⁺-редуктазу восстанавливают НАДФ⁺. Накопление H⁺ в люмене создаёт градиент, обратный поток через АТФ-синтазу обеспечивает образование АТФ. Продукты — АТФ, НАДФ·Н и O₂.

RuBisCO катализирует присоединение CO₂ к RuBP. Нестойкий продукт распадается на две молекулы 3-фосфоглицерата. С затратой АТФ и НАДФ·Н они восстанавливаются до триозофосфата. Часть триозофосфата используется для синтеза углеводов, большая часть — для регенерации RuBP с затратой АТФ. Без восстановления запаса RuBP прекратится приём новых молекул CO₂.

При слабом свете количество поглощённых фотонов ограничивает образование АТФ и НАДФ·Н, поэтому увеличение освещённости ускоряет фотосинтез. На плато наступает световое насыщение: скорость ограничивают другие звенья, например доступность CO₂, активность ферментов или транспорт продуктов. Дополнительный свет этого ограничения не устраняет.

У C₃-растений углерод фиксирует RuBisCO в цикле Кальвина; первый стабильный продукт — 3-фосфоглицерат. У типичных C₄-растений ФЕП-карбоксилаза фиксирует неорганический углерод в мезофилле, четырёхуглеродные кислоты доставляют CO₂ в клетки обкладки — разделение пространственное. У CAM-растений первичная фиксация идёт ночью, а CO₂ из накопленных кислот используется днём в той же клетке — разделение временное.

Без переноса электронов не создаются протонный градиент, АТФ и восстановитель, необходимые для восстановления CO₂.

При кислородном фотосинтезе энергия света обеспечивает синтез органических веществ из CO₂ и воды, выделяется O₂. При аэробном дыхании органические вещества окисляются с участием O₂ до CO₂ и воды; часть высвобождаемой энергии запасается в АТФ. Продукты могут снова стать исходными веществами. На каждом преобразовании часть энергии рассеивается как тепло, поэтому замкнутого круговорота энергии нет.

В цитозоле; чистый выход — 2 АТФ на глюкозу.

Является конечным акцептором электронов и восстанавливается до воды.

Заряженные частицы энергетически невыгодно помещать в гидрофобное ядро мембраны; нужны белковые каналы или переносчики.

Независимая переменная — спектр или длина волны; зависимая — скорость выделения O₂, измеренная за одинаковое время и нормированная на массу или площадь побега. Группа сравнения — стандартный белый свет. Во всех освещённых вариантах выравнивают плотность потока фотонов на уровне растения, температуру, доступность CO₂, состояние и размер побегов, объём среды и время опыта. Для каждого спектра используют несколько отдельных сосудов с независимыми растениями, случайно распределёнными по вариантам. Подсчёт пузырьков менее точен, чем измерение объёма или концентрации O₂.

В условиях опыта красный и синий свет обеспечивали большую скорость фотосинтеза, чем зелёный. Это согласуется со свойствами фотосинтетических пигментов, но один опыт не устанавливает вклад каждого пигмента. При утрате функционального хлорофилла реакционных центров невозможны нормальное разделение зарядов и запуск фотохимического переноса электронов. Световые реакции кислородного фотосинтеза прекращаются, а после расходования запасов АТФ и NADPH прекращается и поддерживаемая ими фиксация CO₂. Химическое извлечение хлорофилла из листа повреждает и другие структуры, поэтому само по себе не служит чистой проверкой этой причины.

Закрытые устьица уменьшают диффузию водяного пара наружу, но также ограничивают поступление CO₂. Концентрация CO₂ в листе падает, карбоксилирование замедляется и относительная роль фотодыхания возрастает

Протонный градиент рассеется, поэтому фотосинтетическое фосфорилирование и синтез АТФ резко снизятся. НАДФ·Н может ещё образовываться при переносе электронов, но фиксация CO₂ замедлится из-за дефицита АТФ; часть энергии уйдёт в тепло

Два вида выращивают при одинаковых свете, температуре и влажности, но в нескольких концентрациях CO₂; измеряют газообмен или прирост сухой массы. У C₄-вида скорость будет меньше снижаться при низком CO₂ и высокой температуре благодаря концентрации CO₂ в клетках обкладки

Фотолиз воды и линейный поток остановились, поэтому O₂ не выделяется и НАДФ·Н почти не образуется. АТФ временно может синтезироваться при циклическом потоке электронов вокруг ФС I, который создаёт градиент H⁺ без образования НАДФ·Н

При слабом свете нет преимущества в большом числе слоёв фотосинтезирующих клеток, поэтому лист тоньше. Относительно больше светособирающих пигментов и более низкая световая точка компенсации позволяют использовать слабый поток фотонов

CO₂ служит источником углерода, но не заменяет источник энергии и электронов. Без окисления аммиака не формируются АТФ и восстановитель, поэтому восстановление углерода и синтез органических веществ прекращаются

Доставка CO₂ к RuBisCO в клетках обкладки снижается, поэтому ослабевает концентрирование CO₂ и падает фиксация углерода. Относительное значение фотореспирации может возрасти; рост снижается. Первичная фиксация CO₂ в мезофилле ещё возможна, но без передачи углерода не обеспечивает нормальную работу C₄-цикла.

Зафиксировать поглощение меченого CO₂ без света, окисление H₂S/H₂/NH₃ или Fe²⁺, синтез АТФ/биомассы и подавление процесса ингибитором соответствующей мембранной цепи; предусмотреть убитый контроль.

Люмен накапливает H⁺, мембрана удерживает электрохимический градиент, а большая площадь размещает больше фотосистем, переносчиков и АТФ-синтаз.

Проверка: сравнить освещённые изолированные хлоропласты с разобщителем и без него; при одинаковых свете и субстратах разобщитель уменьшит протонный градиент и синтез АТФ.

Электроны воды поступают в ФС II, проходят пластохинон и b₆f, затем ФС I, ферредоксин и НАДФ⁺-редуктазу. Образуются АТФ и НАДФ·Н; выделяется O₂.

Проверка: сравнить выделение O₂ и образование НАДФ·Н в контрольных хлоропластах и после ингибирования ФС II при одинаковых условиях. Оба показателя снизятся.

Фиксация → восстановление → выход части триозофосфата → регенерация. RuBP является акцептором новой молекулы CO₂.

Проверка: кратковременно подавить регенерацию RuBP и измерить его содержание и включение меченого CO₂. По мере истощения RuBP фиксация углерода снизится.

Свет перестал быть лимитирующим; ограничивать начинают CO₂, температура, ферменты или транспорт веществ.

Проверка: при освещённости на плато увеличить только CO₂, сохраняя температуру и остальные условия. Рост скорости поддержит гипотезу ограничения углекислым газом; отсутствие роста потребует проверить другие факторы.

Независимая переменная — освещённость; зависимая — скорость фотосинтеза; контролируют, например, температуру и CO₂; независимые растения позволяют оценить биологический разброс

Ферменты имеют диапазон оптимального pH; изменение заряда активных центров нарушает связывание субстрата и каталитическую активность, поэтому фиксация CO₂ замедляется

Собственная кольцевая ДНК и рибосомы 70S сходны с бактериальными; деление надвое и двойная оболочка также согласуются с происхождением от поглощённой бактерии

Оба процесса используют электрон-транспортную цепь, протонный градиент и АТФ-синтазу. В кислородном фотосинтезе цепь расположена в тилакоидной мембране, донор электронов — вода, конечный акцептор линейного потока — НАДФ⁺; энергия света преобразуется в химическую. При аэробном дыхании эукариот цепь находится во внутренней мембране митохондрии, электроны поступают от NADH и FADH₂, конечный акцептор — O₂; энергия окисления органических веществ используется для синтеза АТФ и частично рассеивается как тепло.

Факторный опыт 2×2: низкий/высокий свет и обычный/повышенный CO₂, одинаковые сорта, температура, вода и питание, случайное размещение, повторности. Измеряют газообмен и сухую массу; взаимодействие факторов показывает смену лимитирования.

Циклический поток вокруг ФС I мог синтезировать АТФ без НАДФ·Н. Цикл Кальвина требует и АТФ, и восстановителя, поэтому без НАДФ·Н восстановление 3-ФГ остановится.