Question

研究发现，Rubisco酶是绿色植物细胞中含量最丰富的蛋白质，由核基因控制合成的小亚基和叶绿体基因控制合成的大亚基组成，功能上属于双功能酶。当CO₂浓度较高时，该酶催化C₅与CO₂反应，完成光合作用；当O₂浓度较高时，该酶却错误的催化C₅与O₂反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO₂，这种植物在光下吸收O₂产生CO₂的现象称为光呼吸。回答下列问题：

（1）Rubisco酶在细胞的________________________中的核糖体上合成。在较高CO₂浓度环境中，Rubisco酶所催化的反应产物是________________________，其发挥作用的场所是____________________。

（2）当胞间CO₂与O₂浓度的比值减小时，有利于植物进行光呼吸而不利于光合作用有机物的积累。请从C₅的角度分析，原因是________

（3）为纠正Rubisco酶的错误反应，光合植物创造了多种高代价的补救机制，如有的细胞中产生一种特殊蛋白质微室，将CO₂浓缩在Rubisco酶周围。该机制形成的意义是_____

Answer

细胞质基质和叶绿体 C3 叶绿体基质 参与光呼吸的C5增多，参与光合作用的C5减少，从而使光合作用减弱 提高局部CO2浓度抑制光呼吸，增加光合作用有机物的产量

【解析】

1、根据题干信息植物的Rubisco酶具有两方面的作用：当CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，生成C3，C3在ATP和[H]的作用下还原成有机物；当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。

2、植物的光合作用原理是在叶绿体里利用光能把二氧化碳和水合成有机物并放出氧气，同时把光能转变成化学能储存在制造的有机物里。光合作用又分为光反应和暗反应，光反应的物质变化有水的光解和ATP的合成，暗反应的物质变化为二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，影响光合作用的环境因素有温度、二氧化碳浓度及光照强度。

（1）根据题意，Rubisco酶的化学成分是蛋白质，合成受核基因和叶绿体基因控制，所以Rubisco酶的合成场所在细胞质基质和叶绿体的核糖体中。在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化C5与CO2反应生成C3（或三碳化合物），该反应进行还需要光反应产生的ATP和[H]，场所在叶绿体基质中。

（2）光呼吸发生的条件是高氧，据题干信息分析可知，当O2浓度增大时，参与光呼吸的C5增多，参与光合作用暗反应的C5减少，从而使光合作用减弱，故CO2浓度与O2浓度的比值低时，有利于该植物进行光呼吸而不利于光合作用中有机物的积累。

（3）根据题意可知，通过一种特殊蛋白质微室，将CO2浓缩在Rubisco酶周围，可以提高局部CO2浓度抑制光呼吸，有利于Rubisco酶催化C5与CO2反应，增加光合作用有机物的产量。