Matura z biologii 2023, zadanie 5: Fotosynteza C4 i fotooddychanie – odpowiedzi i wyjaśnienie

5.1: A karboksylacja, B redukcja, C regeneracja. 5.2: C1. 5.3: F, F, F. 5.4: mechanizm C4 zagęszcza CO2 wokół RuBisCO, a brak PSII obniża O2, więc fotooddychanie jest ograniczone.

O czym jest zadanie 5?

Wstęp wyjaśnia, że RuBisCO może przyłączać do RuBP zarówno CO2, jak i O2; przy wysokiej temperaturze i dużym stężeniu O2 nasila się fotooddychanie, co obniża wydajność wiązania CO2. Rośliny C4 ograniczają fotooddychanie dzięki dwuetapowemu wiązaniu CO2: w mezofilu powstaje związek C4, a cykl Calvina zachodzi w pochwie okołowiązkowej, gdzie u niektórych roślin brak PSII. Schemat przedstawia uproszczony przebieg fazy ciemnej u roślin C4.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 10 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 5.1 (0–2 pkt)

Podaj nazwy etapów cyklu Calvina oznaczonych na schemacie literami A, B i C.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: A. karboksylacja RuBP; B. redukcja PGA; C. regeneracja RuBP.

Najpierw CO2 przyłącza się do RuBP, czyli zachodzi karboksylacja. Powstały PGA jest redukowany do PGAl przy użyciu NADPH i ATP. Na końcu RuBP jest odtwarzany, aby cykl mógł działać dalej.

Punktacja: 2 pkt za trzy poprawne nazwy etapów, 1 pkt za dwie; przy jednej lub błędnych nazwach 0 pkt.

Zadanie 5.2 (0–1 pkt)

Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz odpowiedź 1., 2. albo 3.
Literą X na schemacie oznaczono
A. enzym RuBisCO,
B. acetylo-CoA,
C. szczawiooctan,
1. pierwotnym produktem karboksylacji u roślin C4.
2. kompleksem enzymatycznym, odpowiadającym za karboksylację.
3. pierwotnym akceptorem CO2 u roślin C4, podobnie jak RuBP u roślin C3.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: C oraz 1 – szczawiooctan jako pierwotny produkt karboksylacji u roślin C4.

W C4 pierwszym stabilnym produktem wiązania CO2 przez PEP-karboksylazę jest szczawiooctan, czyli związek C4. RuBisCO nie jest tu akceptorem CO2, a acetylo-CoA nie pełni tej roli. Dlatego pasuje szczawiooctan i opis pierwotnego produktu karboksylacji.

Punktacja: 1 pkt tylko za pełny wybór C1; sama litera C albo sam numer 1 bez drugiej części nie daje punktu.

Zadanie 5.3 (0–2 pkt)

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.
2. Ze względu na obecność RuBisCO następuje utlenianie RuBP, co daje początek intensywnemu fotooddychaniu u roślin C4.
3. Redukcja 3-fosfoglicerynianu do aldehydu 3-fosfoglicerynowego zachodzi w komórkach mezofilu.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: 1. F, 2. F, 3. F.

W C4 CO2 jest przenoszony do pochwy okołowiązkowej głównie jako jabłczan lub asparaginian, a nie pirogronian. Mechanizm C4 ogranicza fotooddychanie, więc nie prowadzi do jego intensyfikacji. Redukcja PGA do PGAl zachodzi w cyklu Calvina w pochwie okołowiązkowej, nie w mezofilu.

Punktacja: 2 pkt za trzy poprawne oceny, 1 pkt za dwie; przy jednej lub błędnych ocenach 0 pkt.

Zadanie 5.4 (0–2 pkt)

Wykaż związek między ograniczeniem procesu fotooddychania u roślin C4 a:
1. dwuetapowym mechanizmem wiązania dwutlenku węgla
2. brakiem PS II w komórkach pochew okołowiązkowych.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: 1. Dwuetapowe wiązanie CO2 zagęszcza CO2 w pochwie okołowiązkowej, więc RuBisCO częściej wiąże CO2 niż O2. 2. Brak PSII oznacza brak fotolizy wody w pochwie, czyli mało O2, więc RuBisCO rzadziej przyłącza O2.

Najpierw CO2 jest wiązany w mezofilu, a potem uwalniany w pochwie okołowiązkowej, co podnosi jego stężenie przy RuBisCO. Wysokie stężenie CO2 sprzyja karboksylacji RuBP, a nie oksygenacji. Brak PSII ogranicza powstawanie O2 w pochwie, więc konkurencja tlenu o miejsce aktywne RuBisCO maleje.

Punktacja: 2 pkt za oba powiązania: wysokie CO2 przy RuBisCO oraz niskie O2 z powodu braku PSII; 1 pkt za poprawne wyjaśnienie tylko jednego z nich.

Najczęstsze błędy w zadaniu 5

Uczniowie mylą kolejność etapów cyklu Calvina, np. redukcję nazywają regeneracją.
W C4 często wskazują pirogronian jako formę transportu CO2, choć przenoszone są związki C4, np. jabłczan.
Błędnie umieszczają cykl Calvina w mezofilu, a nie w komórkach pochwy okołowiązkowej.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2023, poziom rozszerzony (w maju 2023). Wstęp CKE opracowała na podstawie: W. Czechowski i in., Biologia, Warszawa 1994;. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.