叶绿体中催化 CO 2 固定的酶 R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成,其合成过程及部分相关代谢途径如下图所示。请回答下列问题:
( 1)合成酶R时,细胞核DNA编码小亚基的遗传信息 __________ 到 RNA上,RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成;在叶绿体中,参与大亚基肽链合成的RNA中,种类最多的是 __________ 。
( 2)进行光合作用时,组装完成的酶R需ATP参与激活,光能转化为ATP中的化学能是在 _________ 上(填场所)完成的。活化的酶 R催化CO 2 固定产生 C 3 化合物( C 3 -Ⅰ),C 3 -I还原为三碳糖(C 3 -Ⅱ),这一步骤需要 __________ 作为还原剂。在叶绿体中 C 3 -Ⅱ除了进一步合成淀粉外,还必须合成化合物X以维持卡尔文循环,X为 __________ 。
( 3)作为光合作用的重要成分,X在叶绿体中的浓度受多种因素调控,下列环境条件和物质代谢过程,与X浓度相关的有 __________ (填序号)。
①外界环境的CO 2 浓度
②叶绿体接受的光照强度
③受磷酸根离子浓度调节的C 3 -Ⅱ输出速度
④酶R催化X与O 2 结合产生 C 2 化合物的强度
( 4)光合作用旺盛时,很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中,假如以大量可溶性糖的形式存在,则可能导致叶绿体 __________ 。
转录 tRNA 类囊体 C 5 (五碳化合物) ①②③④ 吸水涨破
【分析】
分析图示:细胞核中的 DNA 通过转录形成 RNA , RNA 通过核孔出细胞核,进入细胞质,在核糖体上进行翻译形成小亚基。
叶绿体中的 DNA 通过转录形成 RNA ,在叶绿体中的核糖体上进行翻译形成大亚基。大亚基和小亚基组合形成酶 R ,催化二氧化碳的固定形成 C 3 。
【详解】
( 1 )通过分析可知,细胞核 DNA 编码小亚基的遗传信息转录到 RNA 上, RNA 通过核孔进入细胞质中,在核糖体上翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基 DNA 的遗传信息转录到 RNA 上后,通过翻译过程指导大亚基合成;在翻译过程中,需要一种 mRNA 为模板,参与运载氨基酸的 tRNA 最多有 61 种,故需要 RNA 种类最多的是 tRNA 。
( 2 )光合作用过程中合成 ATP 是在叶绿体的类囊体薄膜上完成。活化的酶 R 催化 CO 2 固定产生 C 3 化合物 (C 3 -I) , C 3 -I 还原为三碳糖 (C 3 -II) ,需要 作为还原剂。 C 3 的还原的产物除了 C 3 -Ⅱ 外,还有 C 5 ,因此 X 为 C 5 (五碳化合物)。
( 3 ) ①外界环境的 CO 2 浓度,直接影响二氧化碳的固定,间接影响 C 3 的还原,进而影响 C 5 的浓度,故 ①符合题意;②叶绿体接受的光照强度,直接影响光反应产生的 和 ATP ,间接影响 C 3 的还原,进而影响 C 5 的浓度,故 ②符合题意;③磷酸根离子浓度,直接影响 ATP 的合成,间接影响 C 3 的还原以及 C 3 -II 输出速度,进而影响 C 5 的浓度,故 ③符合题意;④酶 R 催化 X 与 0 2 结合产生 C 2 化合物的强弱,直接影响酶 R 催化二氧化碳的固定,间接影响 C 3 的还原,进而影响 C 5 的浓度,故 ④符合题意;故选①②③④。
( 4 )光合作用合成的糖类,如以大量可溶性糖的形式存在,则可能使叶绿体内溶液的浓度升高,渗透压增大,进而导致叶绿体吸水涨破。
【点睛】
本题结合图示主要考查光合作用和基因的表达相关知识,强化学生对相关知识的理解与运用。
光合作用过程:
1、光合作用的概念:
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2、光合作用图解:
3、光合作用的总反应式及各元素去向
(1)光合作用过程图:
氮能够提高光合作用的效率的原因是:氮是许多种酶的组成成分光合作用的场所:光合作用第一个阶段中的化学反应,必须有光才能进行。在类囊体的薄膜上进行;光合作用的第二个阶段中的化学反应,有没有光都可以进行。在叶绿体基质中进行。
(2)玉米是C4植物,其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体,能够进行光合作用的暗反应。C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。
①四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合,提高强光、高温下的光合速率,在干旱时可以部分地收缩气孔孔径,减少蒸腾失水,而光合速率降低的程度就相对较小,从而提高了水分在四碳植物中的利用率。
②二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长。C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中;而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内,维管束鞘细胞不含叶绿体。
(3)影响光合作用强度的条件:温度、CO2浓度、光照强度、叶片面积等。
(4)光合细菌:利用光能和二氧化碳维持自养生活的有色细菌。光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物,是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称,是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌,是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处,主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。
项目 | 光反应(准备阶段) | 暗反应(完成阶段) |
场所 | 叶绿体的类囊体薄膜上 | 叶绿体的基质中 |
条件 | 光、色素、酶、水、ADP、 Pi |
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5 |
物质变化 | ||
能量的变化 | 光能转变成ATP中活跃的化学能 | ATP中活跃的化学能转变成(CH2O)中稳定的化学能 |
相互联系 | 光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量;暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料 |
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