Główną funkcją enzymu RuBisCO (karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanowa) jest przyłączanie dwutlenku węgla do rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP) w cyklu Calvina. Jednak w wysokiej temperaturze i przy wysokim stężeniu O2 znacznie wzrasta aktywność RuBisCO polegająca na przyłączaniu tlenu do RuBP, co daje początek fotooddychaniu. Skutkiem tego procesu jest znaczne zmniejszenie wydajności wiązania CO2 przez roślinę.
U roślin rejonów tropikalnych i subtropikalnych przeprowadzających fotosyntezę typu C4 proces fotooddychania jest ograniczony. Jest to związane z dwustopniowym mechanizmem wiązania dwutlenku węgla. Pierwotna asymilacja CO2 z wytworzeniem szczawiooctanu zachodzi w komórkach mezofilu, natomiast włączanie CO2 do cyklu Calvina zachodzi w komórkach pochwy okołowiązkowej. U niektórych roślin C4 w komórkach pochwy okołowiązkowej nie ma fotosystemu II (PS II).
Na schemacie przedstawiono w uproszczeniu przebieg fazy fotosyntezy niezależnej od światła (fazy ciemnej) u roślin C4.
Uwaga: nie zachowano stechiometrii przedstawionych reakcji.
Zadanie 5.1
6%średni wynik CKE
Podaj nazwy etapów cyklu Calvina oznaczonych na schemacie literami A, B i C.
Pokaż odpowiedźUkryj odpowiedź
Rozwiązanie
A. karboksylacja (RuBP); odpowiedź dopuszczalna: asymilacja węgla / asymilacja CO2
B. redukcja (PGA); odpowiedź dopuszczalna: hydrogenacja PGA / uwodornienie PGA
C. regeneracja (akceptora CO2 – RuBP); odpowiedź dopuszczalna: odtworzenie RuBP
2 pkt – za podanie poprawnych nazw trzech etapów cyklu Calvina.
1 pkt – za podanie poprawnych nazw dwóch etapów cyklu Calvina.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Zadanie 5.2
20%średni wynik CKE
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz odpowiedź 1., 2. albo 3.
Literą X na schemacie oznaczono
| A. | enzym RuBisCO, | który jest | 1. | pierwotnym produktem karboksylacji u roślin C4. |
| B. | acetylo-CoA, | 2. | kompleksem enzymatycznym, odpowiadającym za karboksylację. | |
| C. | szczawiooctan, | 3. | pierwotnym akceptorem CO2 u roślin C4, podobnie jak RuBP u roślin C3. |
Pokaż odpowiedźUkryj odpowiedź
Rozwiązanie
C1
1 pkt – za poprawne dokończenie zdania.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Zadanie 5.3
34%średni wynik CKE
Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące fotosyntezy typu C4 są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| 1. | CO2 jest transportowany do komórek pochwy okołowiązkowej w postaci 3-węglowego pirogronianu. | P | F |
| 2. | Ze względu na obecność RuBisCO następuje utlenianie RuBP, co daje początek intensywnemu fotooddychaniu u roślin C4. | P | F |
| 3. | Redukcja 3-fosfoglicerynianu do aldehydu 3-fosfoglicerynowego zachodzi w komórkach mezofilu. | P | F |
Pokaż odpowiedźUkryj odpowiedź
Rozwiązanie
1. – F, 2. – F, 3. – F.
2 pkt – za poprawną ocenę trzech stwierdzeń.
1 pkt – za poprawną ocenę dwóch stwierdzeń.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Zadanie 5.4
1%średni wynik CKE
Wykaż związek między ograniczeniem procesu fotooddychania u roślin C4 a:
- dwuetapowym mechanizmem wiązania dwutlenku węgla
- brakiem PS II w komórkach pochew okołowiązkowych.
Pokaż odpowiedźUkryj odpowiedź
Przykładowe rozwiązania
- 1. To pozwala na znaczne zwiększenie stężenia CO2 w komórkach, gdzie znajduje się RuBisCO wiążące CO2.
2. Dzięki temu nie jest wytwarzany tlen, który konkurowałby z CO2 o miejsce aktywne RuBisCO. - 1. Dwuetapowy mechanizm wiązania CO2 umożliwia wzrost stężenia CO2 w komórkach pochwy okołowiązkowej, przez co RuBisCO częściej łączy się z CO2 niż z O2.
2. Ponieważ w komórce brak jest PS II, nie powstaje tlen z fotolizy wody, który przy wysokiej temperaturze otoczenia częściej niż CO2 przyłączyłby się do RuBisCO, czyli wzmagałoby to fotooddychanie. - 1. Dzięki temu jest wysokie stężenie CO2 w komórkach z RuBisCO.
2. Powoduje to niskie stężenie O2 tam, gdzie działa RuBisCO.
Uwaga:
Uznaje się odpowiedzi, w których konkurencja dwutlenku węgla i tlenu o miejsce aktywne RuBisCO została opisana holistycznie tylko w jednej części odpowiedzi, bez powtórzenia w drugiej części, np.:
1. Pozwala to na zwiększenie stężenia CO2 w komórkach pochwy okołowiązkowej, w których zachodzi cykl Calvina, przez co do RuBP jest przyłączany dwutlenek węgla, a nie – tlen.
2. Dzięki temu w tych komórkach nie zachodzi fotoliza wody, co obniża w nich stężenie tlenu.
2 pkt – za poprawne wykazanie związku między ograniczeniem procesu fotooddychania a:
1) dwuetapowym mechanizmem wiązania dwutlenku węgla z uwzględnieniem wysokiej dostępności CO2 dla RuBisCO ORAZ
2) brakiem PSII w komórkach pochew okołowiązkowych z uwzględnieniem niskiej dostępności O2 dla RuBisCO.
1 pkt – za poprawne wykazanie związku między ograniczeniem procesu fotooddychania a:
1) dwuetapowym mechanizmem wiązania dwutlenku węgla z uwzględnieniem wysokiej dostępności CO2 dla RuBisCO ALBO
2) brakiem PSII w komórkach pochew okołowiązkowych z uwzględnieniem niskiej dostępności O2 dla RuBisCO.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.