background image

 

 

background image

 

 

The Alternative Oxidase

http://www.plantphys.net/article.php?ch=11&id=148

background image

 

 

Relationship of oxygen consumption rate and inflorescence (spadix) temperature 
in Eastern skunk cabbage Symplocarpus foetidus measured in the field in 
Ontario, Canada. The points were gathered at 24-minute intervals from a single 
plant over a 5-day period. Peak respiration occurs at a spadix temperature of 
about 18°C, which occurs at an ambient temperature of about 3°C. Above this 
level, the cluster of points at the upper right demonstrates the inverse 
relationship between respiration and spadix temperature. When ambient 
temperature dropped below about 3°C, however, heat production could not be 
sustained, and spadix temperature dropped quickly to just above ambient, 
resulting in the cluster of points at the lower left. 

http://www.plantphys.net/printer.php?
ch=11&id=126

background image

 

 

 

Lecture 20:  Photosynthesis

 

 

By the end of this lecture you 

should be able to…

Describe photosynthesis as an 

ecological as well as a 
physiological process.

Provide an overview of the 

mechanics of photosynthesis 
and discuss its importance as a 
physiological and ecological 
process.
Concepts and terms: light and 
dark reactions, redox reaction 

 Discuss anatomical features of 

leaves important for 
photosynthesis.
Concepts and terms: leaf 
anatomy, chloroplast structure, 
grana, stroma

 

Describe the energy 

transformations in the light 

reactions.
Concepts and terms:  light 

absorption, chlorophyll, 

photosystems I and II, action 

spectrum, NADPH, ATP, cyclic 

and non-cyclic e flow.

Describe chemiosmosis.
Describe the Calvin cycle.

Concepts and terms: RUBISO, 

3PG

Assigned reading:  Chapter 10 in 

the text.

background image

 

 

From Larcher.

background image

 

 

fs

From

Photons

to a

Plant

ps

ns

s

ms

s

hr

wk yr

EXCITED STATE

CHROMOPHORE

REACTION CENTER

MEMBRANE

CHLOROPLAST

LEAF

PLANT

GOV 92

4e

C

2

H

5

V

H

C

H

H

CH

3

CH

3

N

N

Mg

N

N

H

C

H

3

C

H

Light absorption

Primary photochemistry

Electron transport

O2 evolution

CO2 fixation

Metabolism

Productivity

?

?

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

C

6

H

12

O

6

 + 6O

2

 + 6H

2

O <-> 

12H

2

O + 6 CO

2

 

background image

 

 

Respiration vs. photosynthesis…

C

6

H

12

O

6

 + 6H

2

O > 6CO

2

 + 6H

2

0

G = -686 kcal/mol; an exergonic reaction.

Exergonic versus endergonic reactions.

background image

 

 

For a reaction to occur 
spontaneously, H must decrease, S 
must increase, or both must occur.  
Spontaneous reaction have 
negative free energy.

G = G

final

 – G

initial

…spontaneous reactions proceed if 
the change in free energy is 
negative.  At equilibrium G = 0.

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

Photosynthesis can be broadly separated into:

• light reactions  - light dependent
• dark reactions  - light independent

Light reactions are involved in:  

• the oxidation of water to oxygen
• reduction of NADP

+

  to  NADPH and ATP

• occur in thylakoid membranes

Dark reactions :

• use NADPH and ATP to fix CO

2

 into CH

2

O

• occur in stroma matrix of chloroplasts

background image

 

 

background image

 

 

Photosynthesis and respiration are redox reactions.

background image

 

 

Photosynthetically active radiation..  400 to 700 nm.

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

RUBISCO

It is a notoriously inefficient enzyme

About 10

7

 tons of this enzyme is present on Earth; 

this amounts to 29 kilograms of this enzyme per 
person on Earth!

The active site, i.e., where CO

2

 and O

2

 are added, 

is in the large subunit; it is formed at the 
interface between two large subunits.

The enzyme RUBISCO in higher plants is 

made up of 8 large (53 kilodaltons) and 8 small 
(13 kilodaltons) subunits.

background image

 

 

background image

 

 

CARBOXYLA

TION

Sucrose

Starch

REGENERATION

Rubisco

GOV 94

REDUCTION

  &

Phosphoglyceric

acid

Ribulose 1,5-

bisphosphate

Triose

phosphate

REGENERA

TION

Ribulose 5-

monophosphate

PHOSPHOR

YLATION

PHOSPHOR

YLATION

background image

 

 

On thylakoid membrane:

1. Light absorption
2. Excitation energy transfer
3. Primary photochemistry
4. Electron transport leading to…

oxygen evolution
production of reducing power, NADPH
proton translocation

5. Formation of ATP

background image

 

 

In stroma matrix:

1. CO

2

 fixation by RUBISCO (C

3

 and C

4

 

plants) and PEPcase in C

4

 pants.

2. Reduction and phosphorylation of 

phosphoglyceric acids to triose 
phosphate using NADPH and ATP.

3. Regeneration of receptors of CO

(rubp)

4. Formation 6-C sugars and starch

RUBISCO=Ribulose bis phosphate carboxylase-

oxygenase

PEPC’ase = Phosphoenolpyruvate carboxylase

background image

 

 

P

h

ATP

STROMA

 2H

+

3H+

Q

A

LUMEN

2H

+

PQH2

2

PQH

PQH2

PQ

PC

PC

P700

A

0

FeS

Fd

2H

+

PQ

NADPH

3H+

ADP + P

i

PQ

H  O

2

OEC

+

1

2

2

 2H +  

O

P

680

P

h

Q

A

Q

B

FeS

Cyt f

Cyt b

6

6

Cyt b

ADP

ATP

Cyt b

6

f

ATP

synthase

NADP+

+H+

3-phosphoglycerate

REDUCTION

Ribulose 1,5-

Bisphosphate

Sucrose

Synthesis

PSII

REGENERATION

FNR

CYTOSOL

CO

2

CARBOXYLA TION

 

  

  

  

  

 

  

   

  

   

Triose

phosphate

9

10

11

12

1

2

4

5

6

8

7

3

PSI

Starch

Synthesis


Document Outline