Занятие 12. Фотосинтез. Качественные реакции на пигменты растений.

№

п/п

Задание

Указание к выполнению задания

1.

Изучите значение фотосинтеза для растений и животных организмов на Земле

1. Объясните сущность фотосинтеза (ФС), напишите его суммарное уравнение.

2. Перечислите фотосинтезирующие организмы.

3. Опишите роль ФС в жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов.

4. Каково значение ФС для животных организмов?

5. Опишите роль ФС в поддержании равновесия в биосфере.

2.

Изучите строение фотосинтетического аппарата - хлоропластов

1. Вспомните строение растительной клетки, ее органеллы.

2. Опишите структурную организацию хлоропластов:

а) наружную и внутреннюю мембраны хлоропластов, их функции;

б) строму - матрикс хлоропластов, локализованные в ней ферментные системы; перечислить происходящие в строме метаболические процессы, начиная с реакций фотосинтетической ассимиляции углерода;

в)внутреннюю мембранную (ламеллярную) систему-тилакоиды гран и тилакоиды стромы, внутритилакоидные пространства - люмен и строму.

3.

Изучите химический состав хлоропластов.

1. Опишите химический состав хлоропластов, указав содержание в них Н₂О и состав сухого остатка.

2. Отметьте содержание в хлоропластах ДНК и различных видов РНК и дайте объяснение биологической роли нуклеиновых кислот хлоропластов.

3.Охарактеризуйте химический состав тилакоидных мембран:

При этом: а) следует отметить особенности липидного состава мембран тилакоидов;

б) белковые компоненты мембран;

в) ассиметрию мембран тилакоидов;

4. Охарактеризуйте пигментные системы как первичные фоторецепторы:

а) напишите структурные формулы хлорофиллов а и b, объясните их структуру;

б) объясните химизм превращения хлорофилла в феофитин и хлорофиллиды;

в) отметьте и объясните функции хлорофиллов как первичных фоторецепторов: поглощение фотона, запасание и миграция энергии молекулами хлорофилла;

г) объясните название «вспомогательные» пигменты фотосинтеза; назовите некоторые из них;

д) напишите структурную формулу бета-каротина;

е) объясните, в чем заключаются функции каротиноидов в процессе фотосинтеза: антенная, защитная и фотопротекторная.

4.

Изучите функциональную организацию пигментов в хлоропластах.

1. Рассмотрите структурную организацию фотосистемы I (ФС I) и фотосистемы II (ФС II), энергетическое взаимодействие пигментов в антенных комплексах и реакционных центрах фотосистем.

5.

Изучите современные представления о физико-химических основах фотосинтеза.

1. Напишите принципиальную схему фотосинтеза.

2. Объясните значение и сущность процессов, происходящих на каждой из стадий фотосинтеза:

1 стадия – физическая;

II стадия – фотохимическая;

III стадия – реакция транспорта электронов;

IV стадия – «темновые» реакции поглощения и восстановления углекислого газа.

6.

Изучите механизм световой фазы фотосинтеза.

1. Напишите схему нециклического (Z-схему) транспорта электронов в хлоропластах с участием ФС I и ФСII.

2. Разберите и объясните процессы, происходящие в фотосистеме I после поглощения кванта света.

3. Разберите механизм процессов в фотосистеме II: образование сильного окислителя для окисления Н₂О до О₂ . Роль (Mn)₄ – комплекса фотоокисления воды.

4. Рассмотрите перенос электронов от воды к НАДФ⁺ с участием ФСII, ФСI, цитохромного b₆f – комплекса, пластохинонов, пластоцианина, ферредоксина (ФД) и ферредоксин-НАДФ-оксидоредуктазы (ФНР); сопряжение транспорта электронов с синтезом АТФ – нециклическое фотофосфорилирование.

5. Напишите суммарное уравнение нециклического фотофосфорилирования, о физиологической роли нециклического фотофосфорилирования.

6. Напишите схему циклического транспорта электронов с участием ФС I.

7. Напишите уравнение циклического фотофосфорилирования, объясните его роль в метаболических процессах растительной клетки.

8. Дайте представление о псевдоциклическом потоке электронов (реакции Мелера) – альтернативном транспорте электронов. Охарактеризуйте условия, при которых активируется псевдоциклический транспорт.

9. Изучите механизм фотосинтетического фосфорилирования:

а) вспомните основные положения хемиосмотической теории П.Митчелла трансформации энергии на сопрягающих мембранах.

б) рассмотрите механизм сопряженного электронного транспорта в мембранах тилакоидов с формированием трансмембранного градиента электрохимического потенциала (∆µН⁺), роль цитохромного b₆ f-комплекса в формировании.

в) Разберите строение и механизм работы АТФ-синтазного комплекса хлоропластов (СF₀-СF₁)

7.

Изучите метаболизм углерода при фотосинтезе («темновые» реакции фотосинтеза)

1. Перечислите основные пути фиксации СО₂ у разных групп растений.

2. Изучите С₃ – путь фотосинтеза (цикл Кальвина, восстановительный пентозофосфатный цикл – ВПФ-цикл):

а) напишите реакции стадии карбоксилирования рибулозобисфосфата; характеристика фермента Рубиско;

б) напишите реакции стадии восстановления;

в)дайте представление о регенерации рибулозо-1,5-бисфосфата;

г) напишите схему цикла Кальвина;

д) напишите суммарное уравнение С₃-пути образования 1 молекулы гексозы (глюкозы);

е) объяснить механизмы регуляции цикла Кальвина, в том числе регуляции светом 5 ферментов ВПФ-цикла.

3. Дайте представление о механизме С₄-пути фотосинтеза (цикла Хэтча-Слэка-Карпилова), его значении.

4. Дайте представление о САМ-фотосинтезе.

5. Дайте представление о фотодыхании.

8.

Изучите синтез углеводов в растениях.

1. Представьте схематически синтез сахарозы, охарактеризуйте роль УТФ, а также физиологическую роль сахарозы в растениях.

2. Напишите схему синтеза полисахаридов: крахмала и целлюлозы, охарактеризуйте роль АТФ, ЦТФЮ ГТФ в процессе биосинтеза, функции крахмала и целлюлозы в растениях.