Занятие 20. Образование энергии в фотосинтезирующих организмах (семинар).

Цель занятия. Получить современные представления о механизме преобразования в фотосинтезе солнечной энергии в химическую энергию органических соединений, а также овладеть навыками разделения и анализа пигментов фотосинтетического аппарата растений.

Содержание занятия:

– контроль выполнения заданий по самоподготовке;

– выполнение заданий тестового контроля;

– решение ситуационных задач;

– участие в выступлении и обсуждении реферативных сообщений;

– контроль усвоения темы путем устного собеседования с преподавателем.

Примерные темы реферативных сообщений по УИРС:

1. Особенности фотосинтеза у бактерий Anoxyphotobacteria.

2. Фотосинтезирующие системы бактерий.

Методические указания к самоподготовке

При подготовке к занятию, используя лекции, учебники и дополнительную литературу, ответьте на вопросы и выполните задания:

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

2. Перечислите фотосинтезирующие организмы.

3. Опишите роль ФС в жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов.

4. Опишите структурную организацию хлоропластов:

а) наружную и внутреннюю мембраны хлоропластов, их функции;

б) строму – матрикс хлоропластов, локализованные в ней ферментные системы; перечислите 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.

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

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

7. Охарактеризуйте химический состав тилакоидных мембран, при этом отметьте:

а) особенности липидного состава мембран тилакоидов;

б) белковые компоненты мембран;

в) ассиметрию мембран тилакоидов;

8. Охарактеризуйте пигментные системы как первичные фоторецепторы:

а) напишите структурную формулу хлорофилла а и объясните его структуру;

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

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

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

10. Напишите принципиальную схему фотосинтеза.

11. 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.

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

13. Разберите и объясните процессы, происходящие в ФС I после поглощения кванта света.

14. Разберите механизм процессов в ФС II: образование сильного окислителя для окисления Н₂О до О₂ .

15. Рассмотрите перенос электронов от воды к НАДФ⁺ с участием ФС II, ФС I, цитохромного b/f – комплекса, пластохинонов, пластоцианина, ферредоксина (ФД) и ферредоксин-НАДФ-оксидоредуктазы; сопряжение транспорта электронов с синтезом АТФ.

16. Дайте определение понятию «циклические потоки электронов», где этот процесс осуществляется и при каких условиях преобладает.

17. Изучите механизм фотофосфорилирования:

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 b/f-комплекса в формировании;

в) разберите строение и механизм работы АТФ-синтазного комплекса хлоропластов.

18. Изучите С₃ – путь фотосинтеза (цикл Кальвина или пентозофосфатный фотосинтетический цикл):

а) напишите реакции стадии карбоксилирования рибулозобисфосфата;

б) напишите реакции стадии восстановления;

в) дайте представление о регенерации рибулозобисфосфата;

г) напишите схему цикла Кальвина;

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

е) объяснить механизмы регуляции цикла Кальвина.

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

20. Объясните, почему С₄-растения растут гораздо быстрее, чем С₃-растения.

21. Дайте представление о фотодыхании.