Temat nr 18. Fotosynteza – część II. Teoria Fotosynteza

Temat nr 18. Fotosynteza – część II.
Teoria
Fotosynteza – anaboliczny proces biochemiczny redukcji dwutlenku węgla wodorem pochodzącym ze
związków nieorganicznych z wykorzystaniem promieniowania słonecznego przy udziale barwników
asymilacyjnych i enzymów, prowadzącym do powstania związków organicznych. Jest to jedna z
najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze
oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla zwiększając masą materii organicznej,
kosztem materii nieorganicznej.
Fotosynteza zachodzi w dwóch etapach:
– faza jasna, w której światło jest absorbowane a jego energia jest zamieniana na energię wiązań chemicznych,
a jako produkt uboczny wydzielany jest tlen,
- faza ciemna, w której energia wiązań chemicznych, związków powstałych w fazie świetlnej, jest
wykorzystywana do syntezy związków organicznych. Wydajność zamiany energii światła na energię wiązań
chemicznych węglowodanów wynosi 22–33%. W uproszczonej formie, sumaryczny przebieg fotosyntezy
zapisujemy:
6H2O + 6CO2 + energia świetlna → C6H12O6 + 6O2;
Wśród bakterii jedynie sinice przeprowadzają fotosyntezę w sposób opisany powyżej. Pozostałe, jako
donorów elektronów używają związków siarki lub prostych związków organicznych. Tlen w takim przypadku
nie jest wydzielany i proces określa się, jako anoksygeniczny typ fotosyntezy.
Potocznie mówimy, że atom węgla z CO2 ulega wbudowaniu do związku organicznego, który ulega kolejnym przekształceniom w
cukier. Proces ten jest endoergiczny i zachodzi z udziałem wytworzonego w fazie jasnej ATP (jako źródła energii) oraz NADPH
(jako czynnika redukcyjnego). Wytworzenie jednej cząsteczki glukozy wymaga związania sześciu cząsteczek CO2.
W zależności od rodzaju pierwszego trwałego produktu związania CO2 wyróżniamy fotosyntezę typu C3 (powstaje związek
trójwęglowy, aldehyd 3-fosfoglicerynowy) oraz znacznie bardziej wydajną fotosyntezę C4 (powstaje związek czterowęglowy, kwas
szczawioctowy). Faza jasna i ciemna fotosyntezy typu C3 zachodzi w tych samych chloroplastach - faza jasna w błonach tylakoidów,
faza ciemna - w stromie. Natomiast u roślin typu C4 występują dwa typy chloroplastów. Faza jasna ma miejsce w błonach
tylakoidów tzw. chloroplastów typu C4, a faza ciemna - w stromie chloroplastów komórek tzw. miękiszu wieńcowego, który otacza
wiązki przewodzące (zapewnia to sprawny transport asymilatów). Fotosynteza C4 jest spotykana głównie u roślin strefy
międzyzwrotnikowej, m.in. u trzciny cukrowej, kukurydzy, portulaki.
(za wikipedią http://pl.wikipedia.org/wiki/Fotosynteza).
Szczegółowe informacje poszukaj w dostępnych źródłach (np. podręczniki do rozszerzenia).
Zadania opracowano na podstawie następujących wydawnictw:

Podręczniki do biologii w zakresie podstawowym i rozszerzonym;

Vademecum maturzysty wydawnictwo Operon;

Vademecum maturzysty wydawnictwo Greg,

Zadania maturalne:

wydawnictwo Operon,

wydawnictwo MAC,

wydawnictwo WSIP,

wydawnictwo PWN,

wydawnictwo CKA,

wydawnictwo OMEGA,

wydawnictwo: NOWA ERA.

Arkusze maturalne (CKE).
Zadania do rozwiązania
1) Na schemacie przedstawiono proces wiązania dwutlenku węgla przez rośliny C4. Przeanalizuj schemat i wykonaj
polecenia.
a) Nazwij związki chemiczne oznaczone literami a i b.
b) Wyjaśnij, dlaczego rośliny C4 są uznawane za najbardziej wydajne pod względem fotosyntezy i wzrostu.
c) Wyjaśnij, jakie cechy anatomiczne umożliwiają roślinom C4 taki sposób wiązania CO2.
2) Poniżej przedstawiono uproszczony zapis reakcji biochemicznych prowadzonych przez bakterie purpurowe na
świetle.
a) nazwij proces, na który składają się reakcje I, II, III;
b) wskaż, jaka przemiana energetyczna zachodzi podczas przedstawionych tu reakcji biochemicznych;
c) wskaż związek, który występuje tu w roli pierwotnego dawcy wodoru potrzebnego później do redukcji CO2 do
glukozy;
d) analogiem jakiego związku wykorzystywanego przez rośliny jest w przypadku bakterii purpurowych związek
wskazany przez Ciebie w podpunkcie c);
e) wyjaśnij, dlaczego bakterie purpurowe do prowadzenia wyżej zapisanych reakcji biochemicznych wykorzystują
związek wskazany przez Ciebie w podpunkcie c).
3) Niektóre bakterie opierają swój metabolizm na reakcji analogicznej do przedstawionej w zadaniu poprzednim. Jednak
są to bakterie tlenowe, nie korzystają ze światła i reakcja ta służy im do zaspokojenia innych potrzeb. Zanalizuj
poniższy zapis i podaj nazwę przedstawionego procesu.
4) Zapoznaj się z rysunkiem i odpowiedz na pytania.
a)
b)
c)
d)
Określ, jaki jest efekt padania światła na barwnik fotosyntetyczny.
Wymień wszystkie produkty fazy jasnej przedstawione na schemacie.
Opisz, co dzieje się z produktami fotolizy wody podczas fazy jasnej fotosyntezy.
Określ, jaką rolę spełniają przedstawione na schemacie cytochromy.
5) Zakreśl właściwą odpowiedź:
Stwierdzenie, że światło przyczynia się do powstawania chloroplastów z proplastydów jest:
a) fałszywe, ponieważ proplastydy mają zbyt mało informacji genetycznej, aby dokonać takiej transformacji.
b) prawdziwe, chociaż potrzebne jest do tego podniesienie temperatury, co ma miejsce na wiosnę.
c) fałszywe, gdyż w toku ontogenezy z proplastydów powstają wyłącznie chromatofory, które nie są aktywne w
procesie fotosyntezy.
d) prawdziwe, ponieważ na świetle może zajść synteza chlorofilu i przebudowa wewnętrzna tego organellum.
e) prawidłowe B i D.
6) Rysunek przedstawia przekrój poprzeczny przez liść rośliny dwuliściennej. Zaznacz i podpisz typ tkanki, w której
zachodzi fotosynteza (2p).
7) Sinice występują głównie w wodach słodkich, gdzie wiele z nich wchodzi w skład fitoplanktonu. Tworzą go
organizmy mikroskopijnej wielkości, zawieszone swobodnie w wodzie i biernie przenoszone przez jej prądy.
Plankton stanowi nie tylko ważne ogniwo w łańcuchu troficznym ekosystemów wodnych, ale także wzbogaca wodę
w tlen.
Po przeczytaniu tekstu ustal:
a) jaki związek chemiczny jest u sinic źródłem wodoru służącego do redukcji dwutlenku węgla do poziomu
glukozy?
b) który(e) fotoukład(y) biorą udział w fotofosforylacji u sinic?.