FOTOSYNTEZA - proces syntezy związków organicznych dokonywany przez rośliny zielone z prostych związków nieorganicznych CO2 i woda- wykorzystujący energię promieniowania elektromagnetycznego o zakresie zbliżonym do światła widzialnego absorbowaną przez barwniki znajdujące się w chloroplastach.
W czasie przebiegu fotosyntezy dokonywana jest przemiana energii promieniowania fotosyntetycznego czynnego PAR emitowanego przez słońce lub inne źródła światła, w energię chemiczną magazynowana w roślinach w postaci związków zapasowych. Jest kluczowym ogniwem w przepływie i obiegu materii w ekosystemie.
Faza świetlna fotosyntezy- obejmuje reakcje chemiczne wymagające obecności światła. Istotną fazy jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych zawartych w ATP. W fazie świetlnej biorą udział 2 fotosyntezy chlorofilu określane jako PSI i PSII. Polega na rozbiciu cząsteczek przy udziale energii słonecznej. Powstają proteiny H, elektrony i tlen. Tlen uwalniany jest do atmosfery. Proteiny H zostają przemieszczone i zmagazynowane w ATP i dwie siły asymilacyjne NADH i H/
Promieniowanie widzialne 380-770 nm
Promieniowanie fotosynteyczne czynne PAR 400-760 nm
Promieniowanie nadfioletowe powyżej 760 nm
Faza ciemne fotosyntezy - to fotosyntetyczny cykl redukcji CO2 i podczas którego mamy 3 fazy
karboksylacja- polega na przyłączeniu CO2 do RuDP- związku 5 węglowego, po przyłączeniu związek ten jako jeszcze 6 węglowy rozpada się na 2 cząsteczki o 3 atomach węgla, odbywa się to przy pomocy 3 sił asymilacyjnych powstaje kwas fosfoglicerynowy.
redukcja- następuje redukacja kwasy fospoglicerynowego przy udziale ATP, NADH i H do aldehydu fosfoglicerynowego PGAld¯² . ten aldehyd jest 1 związkiem procesy fotosyntezy - cukier trioza.
regeneracja- polega na odtwarzaniu, regeneracji akceptora CO2 czyli RuDP. Powstaje 6 cząsteczek PGA a w koncekwencji na 6 PDAld, 5 z tych cząsteczek zużywana jest na regenerację 3 cząsteczek RuDP, a 2 stanowi produkt końcowy fotosyntezy, służy do powstania glukozy.
Czynniki fotosyntezy
Zewnętrzna:
CO2- ogranicza fotosyntezę, w miarę zwiększenia się stężenia CO2 następuje zakwaszanie treści pokarmowej CO2, komórkowej co powoduje zahamowanie wymiany gazowej.
Światło- wysoka intensywność światła niekorzystnie wpływa na aparaty szparkowe u roślin typu C3 powodując fotoutlenianie chlorofilu obniżenie natężenia fotosyntezy blaszka liściowa nagrzewa się powstaje zaburzenie bilansy wodnego czyli przymykanie szparek i ograniczeni fotosyntezy.
Temperatura- wzrost temperatury o 10C w zakrecie temperatury min do optymalnej zwiększa intensywność fotosyntezy. Temperatura optymalna tu fotosynteza przebiega najszybciej i na stałym poziomie.
Tlen- w stężeniu atmosferycznym ogranicza tempo fotosyntezy u roślin C3 np. przenica, jeśli tlen przekroczy 21% stężenia następuje hamowanie fotosyntezy u roślin C4 np. kukurydza.
Woda- niedobór wody powoduje zamykanie się szparek liściowych i odcieanie tym samym dostępu do CO2 do liści.
Ruch powietrza- silny wiatr zamyka szparki
Składniki mineralna- N, K, P, Fe, Mg, Mn, Cl- niedobór azotu powoduje spadek fotosyntezy oraz powoduje objawy bladnięcia liścia.
Pestysydy
Zanieczyszczenie powietrza
Wewnętrzne
Budowa anatomiczna liścia- rozmieszczaenie i budowa szparek, budowa kutikuli , wielkość przetworów międzykomókowych oraz grubość liścia.
Układ chloroplastów- pod wpływem słabych stężeń światła przemieszczają się w cytoplazmie i gromadzą się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku padanie światła, nie zacieniają się nawzajem - epistrofia. Przy wysokim natężeniu światła gromadzą się wzdłuż ściany komórkowej równoległych do kieunku światła.
Zawartość barwników fotosyntetycznych
Wiek organów asymilacyjnych- pkres maksymalnej fotosyntezy przypada prze zakończeniem procesów wzrostowych blaszki liściowej lub z chwilą osiągnięcia ostatecznych rozmiwrów. Im starszy liść tym słabsza fotosynteza.
Chlorofilowy punkt kompensacyjny-takie stężenie chlorofilu, przy którym następuje zrówanie się wymiany gazowej fotosyntezy i fotooddychania, a fotosynteza netto spada do zera. Stężenie barwnika waha się wówczas od 0,5-2,0 Mg chlorofilu(a+b) · dm¯².
Punkt kompensacyjny CO2- stężenie CO2 przy którym istnieje stan dynamicznej równowagi pomiędzy fotosyntezą a fotooddychaniem. Im większa jest jego wartość tym niższy jest gradient stężenia tego gazu między atmosferą a chlorofilem i tym wolniej jest pobierany CO2.
Punkt kompensacyjny Świetlny- natężenie światła przy którym następuje zrównoważenie procesu fotosyntezy i procesu oddychania. Ilość pobieranego CO2 jest równoważny z ilością wydzielanego CO2 w procesie oddychania. Wartość zależy od gatunku rośliny, wieku liścia, temperatury i stężenia CO2.
Punkt kompensacyjny termiczny- przy określonej ponadoptymalnej temperaturze dla fotosyntezy obserwujemy zanik wymiany gazowej między liściem a atmosferą. Intensywność fotosyntezy równoważna jest przez oddychanie lub fotooddychanie.
Punkt wysycenia- natężenie Światła przy którym parametry intensywności fotosyntezy są największe zależy od rodzaju i wieku rośliny. C3- 70-80% - 100-120%
BARWNIKI FOTOSYNTETYCZNE
Aby przebiegała reakcja fotochemiczna potrzeby jest udział fotoakceptora- związku barwnego zdolnego do absorpcji energii promienistej, przemiany jej w energie chemiczną.
Chlorofile
Chlorofil a- C55H75O5N4Mg- zielone zabarwienie z odcieniem niebieskawym.
Chlorofil B- C55H75O6N$\4Mg0 zielone zabarwienie o odcieniu żółtym.
U roślin wyższych chlorofile występują w chloroplastach, w błonach lamelli gran i intergranum. Zawartość chlorofilu w liściach 4-7mg/dm¯². Chlorogilu a jest 2/3 razy więcej niż b.
Cząsteczka chlorofolu zbudowana jest z pierścienia profirynowego w skład którego wchodzą 4 pierścienia pirolowe. W centrum układu porifirynowego jest atom Mg. Przedłużeniem pierwszego pierścienia pirolowego jest FITOL.
Zielona barwa chlorofilu uwarunkowana jest istnieniem wiązań pojedyńczych lub podwójnych łączących pierścienie pirolowe.
Chemiczne właściwości chlorofilu-
Powstanie feofityny-
Działając kwasem na chlorofil powstaje FEOFITYNA- barwy brunatnej. Atom Mg zostaje wyparty z chlorofilu i zastąpiony 2 atomami H pochodzącymi z kwasu. Po oddaniu octany miedzi powstaje PORFIRYNA MIEDZIANA o barwie zielonej. Jest to wynik zastępywania 2 atomów H atomami CU.
Chlorofile są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych- aceton, benzyna, eter.
Zmydlanie chlorofilu-
Tworzą się sole sodowe chlirogilu a i b oraz następuje odczepienie alkoholi: FITOL-C30H39OH i METALON- CH3OH. Fitol utrzymuje się nad metanolem i ma barwe jaśniejszą.
Fizyczne właściwości chlorofilu
Właściowości hydrofibowe-
Obserwuje się stopień rozproszenia promieniowania w roztworze. Widać barwę fioletoto-niebieską, następnie pomarańczowo- czerwoną. Barwy te przechodzą przez chlorofil.
Fluorestencja-
Zjawisko emisji kwantów promieniowania o dłuższej fali i mniejszej energii w porówaniu z kwanstami absorbacyjnymi. Jest dowodem powrotu elektronów wzbudzenia na energii. Chlorofil fluoryzuje w zakresie światła fal długich (światło czerwone). Fala światła emitowanego w wyniku zjawiska fluorestencji jest zawsze dł€ższa i tym samym uboższa w energię światła obsorbowanego, gdyż część pochłoniętej energii zostaje zmieniona na ciepło.
Karotenoidy
Barwiniki towaryszące chlorofilom w chloroplastach. Mają zabarwienie żółte, pomarańczowe i brunatne o charakterze lipidowym.
Dzielimy je na:
karoteny β- karoten C40H56
ksanofile C40H56)2 np. luteina, zeaksantowina, wieloksantyna, neoksantyna itd.
Podstawową jednostką karotenoidów jest IZOPREN, syntezowany z acetylo CoA.
Karoten jest prowitaminą A
Rola:
1.bedąc barwnikami żółtymi absorbują światło o dłuższych falach odpowiadających barwie niebieskiej.
2.chronią chlorofil przed fotoutlenianiem spowodowanym nadmierną intensywnością światła.
3. pełni rolę w zjawisku fototropizmu- tj. wyginaniu się jednostronnie oświetlonych, roznącyhc pędów w kierunku światła. Najsliniejsza reackja fitotopija pędów roślin przy świetle długich fal 430=470nm.