Световая фаза фотосинтеза: тест на понимание причин, терминов и процессов
Главный принцип этой страницы: в световой фазе важна причинная цепочка. Недостаточно помнить слова «PSII», «PSI» и «ATP-синтаза» — нужно понимать, что изменится при блокировке каждого звена.
Содержание статьи5 разделовПоказатьСкрыть
Причинная схема
Фотоны возбуждают пигменты → вода восполняет электроны PSII → электроны идут по цепи и помогают формировать протонный градиент → PSI снова повышает энергию электронов → NADP⁺ восстанавливается до NADPH → поток H⁺ через ATP-синтазу даёт ATP.
20 вопросов «почему» и «что изменится, если…»
Разбор по узким местам
PSII: начало линейного потока, окисление воды, вклад в H⁺ просвета.
Цепь переноса: передаёт электроны и помогает создавать протонный градиент.
PSI: повторно возбуждает электроны и обеспечивает их передачу к NADP⁺.
ATP-синтаза: превращает энергию градиента H⁺ в ATP.
Что повторить по ошибкам
1–5, 18 — местоположение и источник электронов/O₂.
8–9, 17 — образование NADPH и роль NADP⁺ как акцептора.
11–12, 15–16, 20 — связь световой энергии с химической и пределы упрощённых выводов.
14 — циклический поток вокруг PSI.
Открытые задания
1. Предскажите три последствия разобщения тилакоидной мембраны для ATP, NADPH и цикла Кальвина. Критерий: прежде всего падение ATP; дальнейшие эффекты объяснить через потерю градиента и энергетического сопряжения.
2. Почему блокировка PSI и блокировка ATP-синтазы дают разные непосредственные последствия? Критерий: PSI связан с NADPH, ATP-синтаза — с использованием H⁺-градиента для ATP.
3. Составьте эксперимент с контролем, проверяющий влияние света на выделение O₂. Критерий: одинаковый материал, различие только в освещении, измерение O₂.
Ключ и объяснения
1. C — В тилакоидной мембране хлоропласта. Фотосистемы, электрон-транспортная цепь и ATP-синтаза встроены в тилакоидную мембрану. Именно такая организация позволяет связать перенос электронов с созданием протонного градиента.
2. A — Вода. Фотосистема II восполняет потерянные электроны за счёт окисления воды. При этом образуются протоны и молекулярный кислород.
3. D — Номера отражают порядок открытия, а не порядок работы. Фотосистемы получили номера исторически в порядке открытия. В линейном электронном потоке возбуждение фотосистемы II предшествует возбуждению фотосистемы I.
4. B — Возбуждение реакционных центров прекратится, и образование ATP/NADPH световым путём резко снизится. Фотоны необходимы для возбуждения электронов в реакционных центрах. Без этого линейный электронный поток и образование восстановленного NADPH прекращаются, а протонный градиент быстро рассеивается.
5. C — Оно поставляет электроны для фотосистемы II и протоны в тилакоидный просвет. Окисление воды восстанавливает электронный дефицит реакционного центра PSII и добавляет H⁺ в тилакоидный просвет. Кислород при этом является побочным продуктом.
6. A — Протонный градиент ослабнет и синтез ATP снизится. ATP-синтаза использует электрохимическую разность протонов. Если H⁺ свободно выравниваются через мембрану, энергия градиента теряется и фотосинтетическое фосфорилирование нарушается.
7. B — Энергия электронов используется для перемещения протонов и усиления градиента H⁺. Электрон-транспортная цепь связана с переносом протонов через тилакоидную мембрану. Возврат H⁺ через ATP-синтазу обеспечивает энергию для синтеза ATP.
8. D — Снизится образование NADPH. Фотосистема I повторно возбуждает электроны и передаёт их через ферредоксин к системе восстановления NADP⁺. При её блокировке образование NADPH линейным путём резко уменьшается.
9. C — Он переносит восстановительные эквиваленты, используемые для восстановления углеродных промежуточных соединений. Циклу Кальвина нужны не только ATP, но и электроны/восстановительная сила. NADPH переносит их от светозависимых реакций к стромальным реакциям восстановления.
10. B — Из тилакоидного просвета в строму. Во время световых реакций протоны накапливаются в просвете тилакоида. Их обратный поток в строму по электрохимическому градиенту приводит ATP-синтазу в действие.
11. A — Может снизиться поставка электронов из воды и общая фотосинтетическая активность. Вода — донор электронов для PSII, а водный стресс также влияет на устьица и множество физиологических процессов. Поэтому утверждение о снижении фотосинтеза корректно, тогда как замена воды CO₂ как донором электронов — нет.
12. D — Он быстро используется в клеточных реакциях, а долговременный запас формируется в химических связях органических веществ. ATP — краткоживущий универсальный переносчик энергии. Долговременное накопление энергии связано с синтезированными органическими веществами, например углеводами и липидами.
13. B — Нарушатся перенос электронов к PSI и создание значительной части протонного градиента. Линейный поток требует последовательного переноса электронов от PSII через переносчики к PSI. Блокада разрывает цепь и уменьшает как передачу электронов, так и сопряжённое накопление протонов.
14. C — Он может увеличивать образование ATP без образования NADPH и O₂ этим циклическим путём. При циклическом потоке электроны возвращаются в цепь переноса вместо восстановления NADP⁺. Это усиливает протонный градиент и синтез ATP, не производя NADPH и не вызывая фотолиз воды в данном цикле.
15. A — Другие компоненты системы становятся лимитирующими, а избыток света может требовать фотозащиты. Фотосистемы имеют конечную пропускную способность, а последующие реакции и доступность субстратов ограничивают поток. При очень сильном свете возрастает риск фотоповреждения и включаются защитные механизмы.
16. D — Энергия фотонов возбуждает электроны, а затем сохраняется в NADPH и протонном градиенте/ATP. Фотосистема переводит энергию света в энергию возбуждённых электронов. Последующие переносы преобразуют её в восстановительную силу NADPH и электрохимический градиент, который используется для ATP.
17. B — Линейный поток электронов к NADPH будет ограничен. Для устойчивого линейного потока нужен конечный акцептор электронов. Недостаток NADP⁺ затрудняет их отвод от PSI и требует регуляции потока, включая альтернативные пути рассеяния энергии.
18. C — Он образуется при окислении воды в светозависимых реакциях. Выделяемый кислород имеет происхождение из воды и связан с работой PSII. Цикл Кальвина занимается фиксацией и восстановлением углерода в строме.
19. A — Сравнить синтез ATP при целой и искусственно разобщённой тилакоидной мембране. Если разрушить способность мембраны удерживать разность H⁺, ATP-синтаза теряет движущую силу. Сравнение с контролем позволяет связать именно мембранный градиент с синтезом ATP.
20. B — Свет → возбуждение электронов → перенос электронов и градиент H⁺ → ATP и NADPH. Это упрощённая, но причинно корректная схема. Она показывает преобразование световой энергии в две формы химической энергии, используемые последующими реакциями фиксации углерода.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
