Redukcja węgla w cyklu Calvina, Notatki z Biologia

Pobierz Redukcja węgla w cyklu Calvina i więcej Notatki w PDF z Biologia tylko na Docsity!

Redukcja węgla w cyklu Calvina

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Cykl Calvina jest inną nazwą na procesy określane jako faza ciemna fotosyntezy. Nazwa ta jednak nie powinna sugerować, że faza ciemna zachodzi w ciemności, ale wskazywać na to, że nie jest bezpośrednio zależna od światła. Oznacza to, że przy odcięciu dopływu światła nie ulega ona gwałtownemu zahamowaniu. Przeciwnie –procesy ustaną dopiero, gdy zabraknie cząsteczek związków stanowiących tzw. siłę asymilacyjną, które powstają podczas fazy jasnej fotosyntezy.

Twoje cele

Przeanalizujesz oraz zinterpretujesz schemat przebiegu fazy ciemnej fotosyntezy. Wyróżnisz substraty i produkty cyklu Calvina. Wykażesz rolę składników siły asymilacyjnej w cyklu Calvina.

Związki będące produktami fazy ciemnej fotosyntezy zostały szczegółowo poznane dzięki badaniom Melvina Calvina i Andrew Bensona, za co w 1961 roku Calvin otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Źródło: pixabay.com, licencja: CC 0.

Redukcja węgla w cyklu Calvina

Cykl Calvina zachodzi w stromie chloroplastów, gdzie znajdują się wszystkie enzymy potrzebne do zachodzenia kolejnych reakcji. Tam też występują cząsteczki siły asymilacyjnej, czyli ATP i NADPH+H , które powstają na błonach tylakoidów podczas fazy jasnej fotosyntezy.

Schemat cyklu Calvina. Z sześciu cząsteczek powstałego aldehydu 3-fosfoglicerynowego tylko jedna stanowi zysk fotosyntezy i zostaje wykorzystana do syntezy innych związków organicznych. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Etapy Cyklu Calvina:

Karboksylacja jest pierwszym etapem cyklu Calvina. Polega ona na przyłączaniu, czyli asymilacji, dwutlenku węgla do pierwotnego akceptora dwutlenku węgla, jakim jest pięciowęglowy rybulozo‐1,5‐bisfosforan (RuBP). Reakcję tą katalizuje enzym RuBisCO (karboksylaza rybulozo‐1,5‐bisfosforanu). Produktem jest nietrwały związek sześciowęglowy, który szybko ulega hydrolizie do dwóch cząsteczek trójwęglowych kwasu‐3-fosfoglicerynowego (PGA), będących pierwszym trwałym produktem karboksylacji.

Bilans fotosyntezy

Karboksylacja

Redukcja

Regeneracja

Myśląc o produktach fotosyntezy, zazwyczaj przyjmuje się, że są to cząsteczki glukozy. W praktyce – nie tylko. Przeanalizujmy, ile rund cyklu Calvina musi zajść, żeby wytworzyć jedną cząsteczkę glukozy netto. Do asymilacji jednej cząsteczki dwutlenku węgla (C ) potrzeba trzech cząsteczek ATP (włączając reakcje regeneracji) i dwóch cząsteczek NADPH+H. Jedna cząsteczka glukozy zawiera sześć atomów węgla (C ), więc bilans jej wytworzenia przedstawia się następująco:

6 C + 18 ATP + 12 NADPH+H → C6 + 18 ADP + 18 P + 12 NADP

Bilans ten świadczy o wysoce endoergicznym charakterze fotosyntezy.

Ciekawostka

Pełna nazwa enzymu RuBisCO to karboksylaza/oksygenaza rybulozo‐1,5‐bisfosforanu. Oznacza to, że katalizuje on również reakcję włączania tlenu do cząsteczki rybulozo‐1,5‐bisfosforanu, co zapoczątkowuje konkurencyjny dla fotosyntezy proces fotooddychania u roślin.

Słownik

faza ciemna fotosyntezy

faza fotosyntezy niezależna bezpośrednio od światła; asymilacja CO i powstanie związków organicznych – przemiana substancji

faza jasna fotosyntezy

faza fotosyntezy bezpośrednio zależna od światła, umożliwiająca wytworzenie siły asymilacyjnej (ATP, NADPH+H ), wykorzystywanej w dalszych etapach fotosyntezy

fotooddychanie

fotorespiracja – proces zachodzący w obecności światła, polegający na pobieraniu tlenu (O ) i wydzielaniu dwutlenku węgla (CO ) przez komórki fotosyntetyzujących roślin

fotosynteza

(gr.fos – światło;synthesis – łączenie) proces przetwarzania przez organizmy samożywne (autotrofy) energii świetlnej w energię chemiczną

1

• (^6)

1 +^ i +

2

2 2

Film samouczek

Polecenie 1

Zapoznaj się z treścią zadania. Swoją odpowiedź zapisz w formularzu. Następnie obejrzyj film i sprawdź, czy Twoje wyjaśnienie jest prawidłowe.

Na uproszczonym schemacie przedstawiono przebieg fotosyntezy. Fazę jasną (zależną od światła) i fazę ciemną (niezależną od światła – cykl Calvina) oddzielono przerywaną linią.

Przebieg fotosyntezy. Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podaj nazwę związku oznaczonego na schemacie literą X oraz określ jego rolę w fazie niezależnej od światła.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Redukcja węgla w cyklu Calvina. Źródło: dr Inga Wójtowicz, reż. Englishsquare.pl Sp. z o.o, licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału

Polecenie 2 Przedstaw schemat przebiegu fazy ciemnej fotosyntezy.

Polecenie 3 Wyróżnij substraty i produkty cyklu Calvina.

Ćwiczenie 4

Schemat cyklu Calvina. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na schemacie poniżej wpisz prawidłowe nazwy związków X, Y i Z biorących udział w cyklu Calvina oraz podaj ich rolę w tym procesie.

PGAL/aldehyd-3-fosfoglicerynowy, jest akceptorem CO , jest pierwszym trwałym produktem karboksylacji, RuBP/rybulozo-1,5-bisfosforan, PGA/kwas-3-fosfoglicerynowy, jest pierwotnym produktem fotosyntezy

X - .............................................................................................. rola: .............................................................................................. Y - .............................................................................................. rola: .............................................................................................. Z - .............................................................................................. rola: ..............................................................................................

2

Poniższy tekst oraz wykres dotyczą zadań 7, 8 i 9.

Jednym z pionierów badań nad fotosyntezą był James Bassham. Wyniki jego eksperymentu przedstawiono na wykresie poniżej. Ilość rybulozo‐1,5‐bisfosforanu (RuBP) oraz kwasu 3‐fosfoglicerynowego (PGA) mierzono w hodowli glonuScenedesmus z gromady zielenic. Początkowo glon był trzymany na świetle, a następnie w ciemności w 1% stężeniu CO , umożliwiającym efektywne zachodzenie fotosyntezy.

Ćwiczenie 5

Oceń, czy poniższe stwierdzenia określające fazę fotosyntezy niezależną od światła są prawdziwe. Zaznacz „P”, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo „F”, jeśli jest fałszywe.

P F

W cyklu Calvina zostają zużyte produkty fazy ciemnej fotosyntezy, ATP i NADH, określane jako siła asymilacyjna.

Pierwotnym produktem fotosyntezy jest cukier glukoza.

Cykl Calvina zachodzi w stromie chloroplastów.

Ćwiczenie 6 Określ do jakiego procesu jest wykorzystywana siła redukcyjna wytwarzana w fazie jasnej fotosyntezy.

2

醙

醙

Dla nauczyciela

Scenariusz lekcji

Autor: Agnieszka Pieszalska

Przedmiot: biologia

Temat: Redukcja węgla w cyklu Calvina

Grupa docelowa : uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa: Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe III. Energia i metabolizm.

4. Fotosynteza. Uczeń:

3. analizuje na podstawie schematu przebieg fazy zależnej od światła oraz fazy niezależnej od światła; wyróżnia substraty i produkty obu faz; wykazuje rolę składników siły asymilacyjnej w fazie niezależnej od światła;

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się; kompetencje cyfrowe.

Cele operacyjne: Uczeń:

analizuje oraz interpretuje schemat przebiegu fazy fotosyntezy niezależnej od światła; wyróżnia substraty i produkty cyklu Calvina; wykazuje rolę składników siły asymilacyjnej w cyklu Calvina.

Strategie nauczania:

konstruktywizm; konektywizm.

Metody i techniki nauczania:

analiza tekstu źródłowego; gwiazda pytań;

film samouczek.

Formy pracy:

praca indywidualna; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; 4 arkusze papieru A3 z narysowaną gwiazdą, flamastry.

Przebieg zajęć

Przed lekcją

Uczniowie samodzielnie poszukują informacji związanych z tematem lekcji.

Faza wstępna

1. Nauczyciel prosi uczniów o zapoznanie się ze wstępem w e‐materiale.
2. Nauczyciel zadaje pytania: „Co oznacza pojęcie cyklu Calvina? Gdzie zachodzi cykl Calvina?”
3. Nauczyciel podaje cele lekcji i formułuje jej temat.

Faza realizacyjna

1. Nauczyciel dzieli klasę na 4 grupy. Grupy otrzymują arkusz papieru A3 z ilustracją gwiazdy. Zadaniem grup jest umieszczenie na ramionach gwiazdy pytań dotyczących zagadnienia znajdującego się wewnątrz gwiazdy („Redukcja węgla w cyklu Calvina”). Maksymalna liczba pytań: 5.
2. Grupy po napisaniu pytań przekazują gwiazdę innej grupie zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Zadaniem grup jest udzielenie odpowiedzi na pytania w oparciu o wiadomości znajdujące się w e‐podręczniku i informacji przygotowanych przed lekcją. Odpowiedzi zapisują na otrzymanym arkuszu papieru A3.
3. Po upływie wyznaczonego czasu grupy prezentują swoje gwiazdy. Nauczyciel w razie potrzeby uzupełnia informacje.
4. Nauczyciel prosi uczniów o zapoznanie się z multimedium bazowym (film samouczek) i wykonanie do niego poleceń.
5. Nauczyciel sprawdza poprawność wykonanych poleceń.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel podsumowuje pracę grup.