Zadanie 35. (0–2)

Zadanie sprawdza umiejętność odróżnienia procesów anabolicznych od katabolicznych na podstawie kierunku przemian substratów i produktów. Proces X, w którym z prostych substancji nieorganicznych – dwutlenku węgla i wody – powstaje związek organiczny (glukoza) i uwalniany jest tlen, to fotosynteza: reakcja endoergiczna, wymagająca dostarczenia energii z zewnątrz. Tą energią jest energia promieniowania słonecznego (świetlna), pochłaniana przez barwniki asymilacyjne – chlorofile a i b oraz karotenoidy – zorganizowane w kompleksy antenowe fotoukładów PSII i PSI w błonach tylakoidów. W fazie zależnej od światła energia fotonów napędza fotolizę wody, transport elektronów przez łańcuch przenośników i wytworzenie gradientu protonowego, którego rozładowanie przez syntazę ATP daje ATP, a redukcja NADP⁺ – NADPH. Te dwa produkty są następnie zużywane w cyklu Calvina-Bensona (faza niezależna od światła, stroma chloroplastu) do redukcji CO₂ przyłączanego przez RuBisCO do RuBP. Zatem w fotosyntezie energia świetlna zostaje przekształcona w energię wiązań chemicznych związków organicznych.

Proces Y przebiega w kierunku odwrotnym: związek organiczny jest utleniany tlenem do CO₂ i H₂O, czyli jest to oddychanie tlenowe – proces kataboliczny, egzoergiczny. Uwolniona energia nie jest energią świetlną ani „cieplną” jako główny produkt użyteczny, lecz energią chemiczną zmagazynowaną w wiązaniach bezwodnikowych ATP (część rozprasza się jako ciepło). Warto pamiętać etapy: glikoliza w cytozolu, reakcja pomostowa (dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu) i cykl Krebsa w macierzy mitochondrialnej oraz łańcuch oddechowy z fosforylacją oksydacyjną w wewnętrznej błonie mitochondrium, gdzie ostatecznym akceptorem elektronów jest tlen. Mechanizm chemiosmotyczny (gradient protonów, syntaza ATP) jest wspólny dla fotosyntezy i oddychania – to dobre powiązanie do zapamiętania.

Najczęstsze błędy uczniów: pisanie „oddychanie” bez określenia „tlenowe”, gdy schemat wyraźnie pokazuje O₂ i CO₂ (samo „oddychanie” zwykle jest akceptowane, ale precyzja bywa punktowana); mylenie oddychania komórkowego z wymianą gazową; podanie przy X „energia słoneczna/świetlna” zamienione z Y – czyli twierdzenie, że w oddychaniu powstaje energia świetlna lub że fotosynteza „produkuje energię”. Częsty jest też błąd merytoryczny polegający na stwierdzeniu, że energia „powstaje” – energia nie powstaje, lecz ulega przekształceniu z jednej postaci w drugą (I zasada termodynamiki). Inny typowy błąd to napisanie przy Y „energia cieplna” – ciepło jest produktem ubocznym, a biologicznie użyteczną formą jest ATP. Uczniowie mylą także fotosyntezę z chemosyntezą; ta ostatnia również jest anaboliczna, ale energię czerpie z utleniania związków nieorganicznych (np. NH₃, H₂S, Fe²⁺) przez bakterie, a nie ze światła.

Kontekstowo warto łączyć to zadanie z tematami: przepływ energii i obieg materii w ekosystemie (producenci przekształcają energię świetlną w chemiczną, konsumenci i reducenci ją uwalniają, energia przepływa jednokierunkowo i rozprasza się jako ciepło, a materia krąży), obieg węgla i tlenu w przyrodzie, budowa chloroplastu i mitochondrium (teoria endosymbiozy, podwójne błony, własne DNA), a także porównanie fermentacji z oddychaniem tlenowym pod względem wydajności energetycznej (2 ATP wobec ok. 30–32 ATP z jednej cząsteczki glukozy). Przydatne jest też zauważenie, że sumaryczne równania obu procesów są względem siebie odwrotne zapisowo, ale nie są to reakcje odwracalne – przebiegają innymi szlakami, w innych organellach, z udziałem innych enzymów i przenośników elektronów (NADPH w fotosyntezie, NADH i FADH₂ w oddychaniu).