Биологический тест «Темновая фаза и фиксация углекислого газа»: 18 заданий и подробный ключ
Светонезависимые реакции не используют фотоны непосредственно, но в живом хлоропласте тесно связаны со световой фазой через ATP и NADPH. Поэтому ниже есть не только вопросы о Rubisco и RuBP, но и задачи по данным, где нужно найти лимитирующий фактор.
Содержание статьи5 разделовПоказатьСкрыть
Условные данные опыта
Условие
Свет
CO₂
Скорость фиксации CO₂, усл. ед.
A
сильный
низкий
5
B
сильный
средний
11
C
сильный
высокий
14
D
сильный
очень высокий
14
E
слабый
высокий
7
Данные условные и предназначены для интерпретации принципа лимитирующих факторов, а не для запоминания чисел.
18 заданий
Как читать данные без поспешного вывода
Сначала найдите, какой фактор менялся, а какие оставались одинаковыми.
Если увеличение фактора перестало повышать скорость, ищите другое ограничение.
Не превращайте две экспериментальные точки в абсолютный закон для всех температур или концентраций.
Что повторить по ошибкам
1–8 проверяют цикл Кальвина, Rubisco, RuBP, ATP и NADPH. 9–11 и 15 требуют интерпретации данных и понимания лимитирующих факторов. 12–14 и 18 — связь световой и светонезависимой частей фотосинтеза. 16–17 — путь углерода и логика корректного опыта.
Открытые вопросы по данным
1. Сравните B, C и D и объясните появление плато. Критерий: увеличение CO₂ сначала помогает, затем другой фактор становится лимитирующим.
2. Почему E ниже C при одинаково высоком CO₂? Критерий: слабый свет ограничивает поставку ATP/NADPH.
3. Предложите одно дополнительное измерение, которое помогло бы понять причину плато C→D. Критерий: например, варьировать свет или температуру при фиксированном CO₂ и сравнить скорость.
4. Объясните, почему «темновая фаза» — неудобное название. Критерий: реакции не требуют фотона напрямую, но зависят от продуктов и регуляции световой фазы.
Ключ и объяснения
1. D — В строме хлоропласта. Ферменты цикла Кальвина находятся в строме. Это позволяет использовать ATP и NADPH, поступающие от светозависимых реакций тилакоидной мембраны.
2. B — Катализировать присоединение CO₂ к RuBP. Rubisco катализирует карбоксилирование рибулозо-1,5-бисфосфата (RuBP). Образующийся нестабильный шестикарбоновый промежуточный продукт распадается на молекулы 3-фосфоглицерата.
3. A — Реакции не используют фотоны напрямую, но обычно зависят от ATP/NADPH световой фазы и регулируются светом. Цикл Кальвина называют светонезависимым, потому что его ферменты не поглощают фотоны для каждой реакции. Но он тесно связан со светом через ATP, NADPH и регуляцию, поэтому «идёт только в темноте» — неверно.
4. C — Используется для регенерации RuBP, а часть выходит на синтез органических веществ. Цикл должен восстановить акцептор CO₂ — RuBP, иначе фиксация остановится. Лишь часть углерода выводится из цикла для синтеза сахаров и других соединений.
5. D — Поставляет энергию и фосфат для стадий восстановления и регенерации. ATP расходуется в цикле на фосфорилирование промежуточных соединений и регенерацию RuBP. Углерод поступает из CO₂, а восстановительные эквиваленты — из NADPH.
6. B — Поставляет электроны для восстановления углеродных промежуточных соединений. NADPH переносит высокоэнергетические электроны и водород для восстановления 3-фосфоглицератных производных до триозофосфата. После отдачи электронов образуется NADP⁺.
7. C — Карбоксилирование RuBP и вход нового CO₂ в цикл. Rubisco обеспечивает главный вход неорганического углерода в цикл Кальвина. Световые реакции могут кратковременно продолжаться, но фиксация нового CO₂ через этот путь прекратится.
8. A — Без восстановления акцептора CO₂ цикл не сможет продолжать карбоксилирование. RuBP связывает CO₂ в реакции, катализируемой Rubisco. Если его запас не восстанавливается, цикл быстро исчерпывает доступный акцептор и останавливается.
9. D — После определённой концентрации CO₂ другой фактор становится лимитирующим. Плато означает, что добавление CO₂ больше не увеличивает поток. Это типичный признак смены лимитирующего фактора — им может стать свет, ферментативная мощность, температура или другой компонент системы.
10. B — Свет ограничивает поставку ATP/NADPH, поэтому дополнительный CO₂ используется слабее. Если световые реакции производят мало ATP и NADPH, стромальные реакции не могут значительно ускориться только за счёт CO₂. Это пример взаимодействия лимитирующих факторов.
11. A — Без нового ATP/NADPH регенерация и восстановление замедляются, тогда как карбоксилирование ещё кратко продолжается. После выключения света запас ATP/NADPH быстро уменьшается. Rubisco может некоторое время использовать имеющийся RuBP, но восстановление 3-PGA и регенерация RuBP замедляются, поэтому меняются размеры пулов промежуточных веществ.
12. C — Световая фаза поставляет ATP/NADPH, а цикл Кальвина возвращает ADP, Pi и NADP⁺ для повторного использования. Две группы реакций связаны потоками энергетических переносчиков. Такое сопряжение позволяет постоянно преобразовывать световую энергию в химическую и использовать её для восстановления углерода.
13. B — Он входит в промежуточные органические соединения и может перейти в сахара и другие молекулы. Фиксация означает включение неорганического углерода в органическое соединение. Дальнейшие реакции создают триозофосфаты, из которых клетка строит разнообразные углеродные скелеты.
14. D — ATP нужен и для восстановления промежуточных соединений, и для регенерации RuBP. Цикл Кальвина требует двух типов ресурсов: восстановительной силы NADPH и энергии ATP. Недостаток одного из них ограничивает поток даже при избытке другого.
15. C — «Температура всегда повышает фотосинтез без верхнего предела». Повышение от 5 до 25 °C в конкретном опыте не доказывает бесконечный рост скорости. Ферменты имеют диапазоны эффективности, а высокие температуры могут снижать фотосинтез и усиливать побочные процессы.
16. A — Сначала образуются промежуточные вещества и триозофосфаты, из которых затем синтезируются разные углеводы. Цикл Кальвина представляет сеть последовательных реакций. Выходящий из него углерод обычно представлен триозофосфатами, а шестиуглеродные сахара образуются далее.
17. D — Изменять CO₂ при одинаковых свете, температуре и состоянии листьев, измеряя скорость фиксации. Чтобы связать изменение результата с CO₂, другие существенные факторы нужно по возможности контролировать. Иначе причинный вывод будет неоднозначным.
18. B — Это ферментативный цикл фиксации и восстановления углерода, косвенно зависящий от световых реакций через ATP/NADPH. Светонезависимые реакции не требуют поглощения фотона в каждом шаге, но в живом хлоропласте тесно связаны со световой фазой. Их задача — превратить CO₂ в восстановленный органический углерод и восстановить RuBP.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
