Вопросы и задачи

1. Фазы фотосинтеза. Если суспензию зеленых водорослей сначала освещать в отсутствие двуокиси углерода, а затем инкубировать с в темноте, то в течение короткого промежутка времени наблюдается превращение в -глюкозу. Что нам говорит это наблюдение о двух фазах фотосинтеза? Почему превращение в -глюкозу быстро прекращается?

2. Фотохимическая эффективность света с различной длиной волны. При освещении зеленого растения светом с длиной волны 680 или 700 нм скорость фотосинтеза, измеряемая по выделению , в первом случае оказывается выше. Однако освещение растения светом с той и другой длиной волны одновременно обеспечивает более высокую скорость фотосинтеза, чем освещение каждым светом в отдельности. Объясните причину этого.

3. Роль H2S у некоторых фотосинтезирующих бактерий. У пурпурных серных бактерий при освещении может идти фотосинтез в присутствии , но только в том случае, если имеется , а кислород отсутствует. В ходе фотосинтеза (скорость которого измеряется по образованию -глюкозы) превращается в элементарную серу, а кислород не выделяется. Какую роль играет превращение H2S в элементарную серу? Почему не выделяется кислород?

4. Увеличение восстановительной силы фотосистемы I в результате поглощения света. Когда фотосистема I поглощает красный свет с длиной волны 700 нм, восстановительный потенциал Р700 изменяется от + 0,4 до —0,6 В. Какая доля поглощенного света улавливается в форме восстановительной силы?

5. Механизм действия гербицида диурона. Если обработать хлоропласты таким мощным гербицидом, как диурон [3-(3.4-ди-хлорфенил)-1,1-диметилмочевина], то выделение кислорода и фотофосфорилирование прекращаются. Выделение кислорода (но не фотофосфорилирование) можно восстановить, добавив какой-нибудь внешний акцептор электронов, например реагент Хилла. Как действует этот гербицид, когда он убивает сорняки? В какой точке схемы, изображенной на рис. 23-12, может сказываться, по вашему мнению, его ингибирующее действие? Дайте аргументированный ответ.

6. Биоэнергетика фотофосфорилирования. Стационарные концентрации АТР, ADP и Р, в изолированных хлоропластах шпината при полном освещении и pH 7 равны соответственно 120, 6 и 700 мкМ.

а) Сколько требуется свободной энергии для синтеза 1 моля АТР при этих условиях?

б) Энергию для синтеза АТР поставляет перенос электронов в хлоропластах, индуцированный светом. При какой минимальной разности потенциалов должен происходить перенос пары электронов в этих условиях для обеспечения синтеза АТР?

7. Идентификация ключевых промежуточных продуктов в темновых реакциях фотосинтеза. Кальвин с сотрудниками использовали при изучении темновых реакций фотосинтеза одноклеточную зеленую водоросль Chlorella. В своих экспериментах эти исследователи инкубировали освещаемые суспензии водорослей с при различных условиях, а затем прослеживали динамику появления в двух продуктах, X и Y, в зависимости от условий опыта.

а) Клетки Chlorella выращивались на свету в присутствии немеченой затем свет выключали и добавляли В этих условиях обнаруживался у водорослей прежде всего в продукте X. Продукт Y оставался немеченым.

Задача 7 а

б) Клетки Chlorella выращивались на свету в присутствии Свет выключали по исчерпании всей (прерывистая вертикальная линия). В этих условиях продукт X быстро включал метку, но затем ее утрачивал. Радиоактивность продукта Y со временем, напротив, возрастала. Основываясь на знании цикла Кальвина, назовите соединения, о которых идет здесь речь.

Задача 7б

8. Регуляция рибулозо-1,5-дифосфат—карбоксилазы путем изменения pH. У рибулозо-1,5-дифосфат—карбоксилазы величина для с повышением pH среды заметно снижается. Как сказывается это снижение на скорости фиксации в рибулозодифосфаткарбоксилазной реакции? Как может растение использовать это свойство для регуляции скорости фотосинтеза при освещении? Какую роль играет эта регуляция в растении в темное время суток?

9. Путь фиксации у кукурузы. Если освещать растение кукурузы в присутствии газообразной то уже примерно через 1 с свыше 90% всей радиоактивности, включенной в листьях, обнаруживается в малата, аспартата и оксалоацетата. В -фосфоглицерата появляется лишь по истечении 60 с. Объясните эти результаты.

10. Химизм малатдегидрогеназы: вариации одной темы. Малат дегидрогеназа, содержащаяся в клетках обкладки -растений, катализирует реакцию, для которой можно указать аналогичную реакцию в цикле лимонной кислоты. Назовите эту аналогичную реакцию. Объясните, в чем заключается аналогия.

11. Отсутствие фотосистемы II в клетках мезофилла. У тропических злаков в клетках мезофилла имеется только фотосистема I, а фотосистема II отсутствует. У тех же растений в клетках обкладки имеются обе фотосистемы, I и II. Согласуется ли это обстоятельство с той ролью, которую играет у этих растений путь Хэтча-Слэка? Дайте полный ответ.

12. Эксперименты по реконструкции: АТР-синтезирующие пузырьки. В. Стокениус и Э. Рэкер сообщили об интересных экспериментах по реконструкции. В этих экспериментах использовались инвертированные синтетические фосфолипидные пузырьки, содержавшие молекулы бактериородопсина из Halobacterium halobium и -АТРазу из митохондрий бычьего сердца. При освещении эти пузырьки синтезировали АТР из ADP и Однако если их освещали в присутствии динитрофенола, то образования АТР не происходило. Объясните эти результаты исходя из хемиосмотической гипотезы.