FOTOSYNTEZA

1. Barwniki fotosyntetycznie aktywne

Fotosynteza to wytwarzanie związków organicznych z prostych związków

nieorganicznych przy wykorzystaniu energii słonecznej

ŚWIATŁO, ROŚLINA

6CO

2

+ 6H

2

O C

6

H

12

O

6

+ 6 O

2

Dla właściwego przebiegu fotosyntezy wymagana jest koordynacja

obydwu faz

Fotosynteza obejmuje dwie fazy: fazę świetlną i fazę

ciemną

Faza jasna –

transformacja

energii świetlnej w

energię chemiczną

Faza ciemna –

asymilacja CO

2

i

synteza

zredukowanych

związków organicznych

Przemiany fotosyntetyczne

zlokalizowane są w

chloroplastach

LIŚĆ

CHLOROPLAST

GRANUM

górna epiderma

dolna epiderma

przestrzeń międzybłonowa

błona zewnętrzna

błona zwewnętrzna

stroma

błona tylakoidu

światło tylakoidu

granum

Lipidowy zrąb błon chloroplastowych stanowią głównie

GALAKTOZYLOGLICERYDY (galaktolipidy) (75%). Niewiele jest w

nich fosfolipidów (poniżej 15%).

Galaktozyloglicerydy błon chloroplastowych zawierają duże ilości

nienasyconych kwasów tłuszczowych (linolowego i linolenowego).

Wszystkie lipidy stanowią 35-40% zawartości błon

chloroplastowych.

Dominującym składnikiem błon są białka pełniące różnorakie

funkcje.

Oprócz lipidów i białęk błony chloroplastowe (dokładnie tylakoidowe)

zawierają barwniki fotosyntetyczne umożliwiające absorpcję i

transformację energii świetlnej.

CECHY BŁON CHLOROPLASTOWYCH

Występowanie barwników w różnych organizmach

fotosyntetyzujących

Organizmy

Chlorofil

Karotenoidy

Fikobiliny

a b c d

Rośliny wyższe
Zielenice
Okrzemki
Wiciowce
Brunatnice
Krasnorosty
Cyjanobakterie

+ + - -
+ + - -
+ - + -
+ - + -
+ - + -
+ - - +
+ - - -

+
+
+
+
+
+
+

-
-
-
-
-
+
+

WZÓR STRUKTURALNY I PRZESTRZENNA KONFORMACJA

CZĄSTECZKI CHLOROFILU

Układ porfirynowy chlorofilu tworzą cztery pierścienie pirolowe wiążące atom magnezu (czarne kółko).

Światło jest absorbowane przez elektrony znajdujące się wewnątrz sieci pojedynczych i podwójnych

wiązań pierścienia. Długi hydrofobowy ogon (fitol) kotwiczy cząsteczkę chlorofilu w dwuwarstwie

lipidowej.

R

R

R

R

HYDROFOBOWY OGON (FITOL)

PORFIRYNOWA, HYDROFILOWA GŁOWA

R

R

R

FEOFITYNA - CZĄSTECZKA CHLOROFILU

POZBAWIONA MAGNEZU

ABSORPCJA FAL ŚWIETLNYCH PRZEZ

CHLOROFIL

chlorofil

długość fali (nm)

Widmo światło

białego

fale świetlne absorbo-

wane przez chlorofil

420-460 nm

650-700 nm

Funkcje chlorofilu:

1. Anteny

(ch a, b, c i d) absorbujące energię swietlna w zakresie

długości fali 420-460 nm i 650-670 nm i przekazujace ją jako

energię stanu wzbudzenia na specyficzna cząsteczkę chlorofilu a.

2. Inicjacja reakcji fotochemicznej („przekazywanie e”)

- funkcje

tę pełnia jedynie specyficzne cząsteczki chlorofilu a

zlokalizowane w centrzch reakcji fotochemicznej fotosystemów.

6H

+

Mg

2+

-4NH

4

+

, 4H

+

, 6CO

2

4

Biosynteza chlorofilu

STRUKTURA PRZESTRZENNA CZĄSTECZKI

KAROTENOIDU

Pierścienie jononowe

Łańcuch węglowodorowy

KAROTENOIDY dzielimy na:

•Karoteny

– węglowodory nasycone nie zawierające tlenu, barwa

czerwonopomarańczowa

•Ksantofile

– węglowodory nienasycone, utlenione, barwa

pomarańczowożółta

BIOSYNTEZA TERPENOIDÓW

Acetylo-CoA

Acetoacetyloylo-CoA

Hydroksy-metylo-glutarylo-
CoA (HMG-CoA)

kw. mewalonowy (MVA)

pirofosforan

MVA

pirofosforan
izopentylu (IPP)

dimetyloallylo
pirofosforan (DPP)

10 C

5 C

15 C

20 C

30 C

40 C

olejki eteryczne,

np. mentol

ABA

fitol, gibereliny

steroidy

Biochemistry and Molecular Biology (2000, Buchanan at al.)

Biosynteza karotenów i ksantofili z difosfo-

ranu geranylo-geranylu obejmuje kilkanaście

etapów.

Biochemistry and Molecular Biology (2000,
Buchanan at al.)

Funkcja karotenoidów:

1. Anteny fotosyntetyczne

– absorbują światło w zakresie długości

fali 400-500nm.

2. Rola ochronna

przed procesami fotooksydacji – przejmowanie

energii stanu trypletowego chlorofilu i jego dezaktywacji

termicznej. Szczególne znaczenie w ochronie aparatu

fotosyntetycznego ma

zeaksantyna

, tworząca się na silnym

świetle z

wiolaksantyny

w wyniku reakcji

cyklu ksantofilowego

.

3. Nadają żółtą i pomarańczową barwę róznym częściom rośliny.

FIKOBYLINY

Są to barwniki występu-

jące u sinic i krasnoros-

tów.
Absorbują światło w

zakresie od 550 do 650

nm.
Zbudowane są z czterech

pierścieni pirolowych

połączonych szeregowo

(tzw. układ bilanu).
W połączeniu z białkami

tworzą struktury

antenowe zwane fikobili-

somami.

Biochemistry and Molecular Biology (2000, Buchanan at al.)

Widma absorpcyjne różnych barwników roslinnych

(A) i spektrum fotosyntetyczne

Anacharis

(B)

chlorofile 420-460 nm
650-670 nm
karoteny 400-500 nm
fikoerytryna 550-570 nm
fikocyjanina 630 nm

A

B

pierwszy

wzbudzony stan

singletowy

ZMIANY STANU ENERGETYCZNEGO CZĄSTECZKI

CHLOROFILU PODCZAS ABSORPCJI ENERGII

ŚWIETLNEJ

C

Drugi wzbudzony

stan singletowy

Pierwszy wzbudzony
stan singletowy

430 nm
h

610 nm
h

stan podstawowy

F

C

C

P

T

karotenoidy

NADH H

+

+

NADP

+

O

O (tlen singletowy)

1

(t = 10

-12

s)

(t = 10

-8

, 10

-9

s)

reakcja fotochemiczna,

czyli przekazanie e

-

na

kolejny akceptor

drugi wzbudzony

stan singletowy

stan podstawowy

400 nm

stan triplrtowy

(t = 10

-3

s)

energia wzbudzenia

innego chlorofilu