ISTOTA PROCESU FOTOSYNTEZY (proces anaboliczny)
przekształcenie związków nieorganicznych (CO2) w organiczne (glukoza)
energia świetlna jest przekształcana w energię wiązań chemicznych
proces utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze
przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego, zwiększając masę materii organicznej kosztem nieogranicznej
6H2O + 6CO2 + energia świetlna → C6H12O6 + 6O2
ORGANIZMY PRZEPROWADZAJĄCE FOTOSYNTEZĘ
królestwo: Eukariota: wszystkie rośliny (nieliczne wyjątki to rośliny cudzożywne: pasożytnicze i tzw. Saprofityczne);
niektóre protisty, takie jak eugleniny, bruzdnice, złotowiciowce, różnowiciowce, okrzemki, brunatnice;
królestwo: Prokariota: część bakterii i archeanów: sinice, bakterie zielone, bakterie purpurowe, heliobakterie oraz halobakterie (uzyskujące energię w procesie fotochemicznym odmiennym od klasycznej fotosyntezy).
FAZA JASNA FOTOSYNTEZY (TYLAKOIDY CHLOROPLASTÓW)
polega na wykorzystaniu energii świetlnej do syntezy ATP i NADPH
FAZA CIEMNA FOTOSYNTEZY (STROMA)
polega na wykorzystaniu ATP i NADPH do asymilacji CO2 i utworzenia glukozy
FOTOSYNTEZA ZACHODZI W LIŚCIACH, PRZYSTOSOWANIA:
wielkość powierzchni blaszki liściowej
sposób ustawienia liści na pędzie
budowa anatomiczna:
kutykula (wytwór oskórka)
miękisz palisadowy (posiada chloroplasty) mezofil
miękisz gąbczasty (posiada chloroplasty) mezofil
aparaty szparkowe w epidermie (w dzień otwarte, noc zamknięte)
wiązka przewodząca (łyko-floem: asymilaty, drewno-ksylem: woda i sole mineralne)
chloroplasty ustawiają się w zależności od natężenia światła (słabe bliżej, mocne dalej)
CHLOROPLASTY (plastydy przystosowane do fotosyntezy)
BUDOWA: podwójna błona komórkowa, we wnętrzu stroma (bezbarwny roztwór wodny), system błon-grana tylakoidów w nich białka posiadające barwniki fotosyntetyczne i białka odpowiedzialne za fazę jasną)
ENERGIA JEST ABSORBOWANA PRZEZ BARWNIKI
CHLOROFIL A i CHLOROFIL B połączenie barwników, białek i Mg2+ różnią się jedną grupą
najintensywniej absorbuje fale światła widzialnego: jego pasma głównie niebieskie i czerwone
KARTENOIDY: KAROTEN (pomarańczowy) i KSANTOFILE (żółte) ich kolor maskowany przez chlorofil, ujawnia się jesienią
WIDMO CZYNNOŚCIOWE FOTOSYNTEZY: określa z jaką intensywnością przebiega fotosynteza przy różnych długościach fali świetlnej
FOTOSYSTEMY (kompleksy białek połączone z barwnikami, posiadają anteny energetyczne)
fotosystem PS II / P680 (maksimum absorbcji fali świetlnej) chlorofil A
fotosystem PS I /P700 (maksimium absorbcji fali świetlnej) chlorofil A
PRZEKAZYWANA JEST ENERGIA WZBUDZENIA, NIE ELEKTRONY!!!
STAN WZBUDZENIA - pozwala na:
*rozproszenie energii w postaci ciepła
*emisje energii świetlnej (fluorescencja)
przekazać energię wzbudzenia na inny barwnik
*wykorzystać do przeprowadzenia reakcji fotochemicznej
FAZA JASNA FOTOSYNTEZY (FOSFORYLACJA FOTOSYNTETYCZNA)
NIECYKLICZNA: Wzbudzona cząsteczka chlorofilu a P680 redukuje cząsteczkę pierwszego akceptora, ten redukuje następną itd. P680 staje się silnym utleniaczem, który powoduje fotolizę wody (uwalnia się tlen). H+ tworzy gradient stężeń. P700 ulega wzbudzeniu, staje się reduktorem. Redukuje NADP+ do NADPH.
CYKLICZNA: wybity elektron wraca przez system przenośników na cząsteczke chlorofilu z którego został wybity. Przechodzi na swój wyjściowy poziom energetyczny i oddaje energię, która jest akumulowana w ATP.
FAZA CIEMNA FOTOSYNTEZY:
C3 / cykl Calvina:
KARBOKSYLACJA: asymilacja CO2 do RuDP - rybuluzodifosforan, powstaje 6-węglowy związek, który rozkłada się do 2x kw. PGA (trójfosfoglicerynowy)
REDUKCJA: przy udziale siły asymilacyjnej PGA redukuje się do aldehydu PGAL/PGAI
REGENERACJA: odtworzony zostaje RuDP zużyte zostaje 5 cząst. PGAL, a jedna pozostaje jako substrat, zużyte 3x ATP
C4 (charakterystyczny dla roślin tropikalnych, kukurydza, trzcina cukrowa, trawy, oszczędniejsza gospodarka wodna, mogą zamknąć aparaty szprakowe za dnia):
BUDOWA: niezróżnicowany mezofil, pochwa okołowiązkowa (z dużymi chloroplastami)
KARBOKSYLACJA: (w cytozolu mezofilu) akceptorem CO2 jest kw. PEP (fosfoenolopirogronowy), powstaje 4-węglowy kwas szczawiooctowy; szczawiooctan zredukowany przez NADPH do jabłczanu i transportowany do plasmodezmy komórek pochwy okołowiązkowej
DEKARBOKSYLACJA: jabłczanu na CO2 i pirogronian; CO2 uwalniany jest w chloroplastach do RuDP, zachodzi cykl Calvina; pirogronian ufosforyzowany przez ATP w mezofilu do fosfoenolopirogronianu
ZWIĘKSZENIE INTENSYWNOŚCI ASYMILACJI CO2 W C4:
PEP ma większe powinowactwo z CO2 niż RuDP
wydajność fotosyntetyczna jest większa przez wiązanie większej ilości CO2 przez pochwę okołowiązkową
duże stężenie gazu w pochwie okołowiązkowej zapobiega fotooddychaniu
CAM odmiana C4 (sukulenty):
otwierają aparaty szprakowe w nocy
nie są zróżnicowanie na mezofil i pochwę okołowiążkową
asymilacja CO2 przez karboksylazę PEP, powstały jabłczan gromadzi się w wakuolach w nocy; za dnia ulega rozkładowi do CO2 i następuje cykl Calvina
FOTOODDYCHANIE:
proces biochemiczny zachodzący na świetle w komórkach roślinnych, objawiający się pobieraniem tlenu i wydzielaniem dwutlenku węgla na drodze innej niż oddychanie komórkowe.
przebiega w chloroplastach, peryksosomach i mitochondriach
zamiast CO2 do RuBP przyłączany jest O2 i powstaje jedna cząsteczka fosfoglicerynianu
powoduje spadek wydajności fotosyntezy
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA INTENSYWNOŚĆ FOTOSYNTEZY:
na intensywność fotosyntezy wpływają: natężenie światła, stężenie gazów, temperatura, dostępność wody, zaopatrzeniw w sole mineralne
CHEMOSYNTEZA (wyłącznie bakterie) reakcje egzoergiczne:
przyswajanie CO2 kosztem energii chemicznej, uzyskiwanej przez utlenianie różnych prostych zwiążków nieorganicznych
I ETAP: WYTWARZANIE SIŁY ASYMILACYJNEJ poprzez utlenienie tlenem atmosferycznym prostych związków nieorganicznych i wykorzystywaniu uwolnionej energii do powstawania ATP i NADPH
II ETAP: ASYMILACJA CO2: podobna do cyklu Calvina; asymilacja do RuBP
ZNACZENIE CHEMOSYNTEZY:
pełnią bardzo ważną rolę w obiegach pierwiastków ważnych biologicznie (azotu, węgla, fosforu)(bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, wodorowe, metanowe, żelazowe)
produkcja materii organicznej ważnej dla biomasy w ekosystemach
POBIERANIE I ASYMILACJA ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH PRZEZ ROŚLINY:
MAKROELEMENTY:
H-wchodzi w skł. wszystkich zw. org., C-wch. w skł. wsz. zw. org., O, N-aminokwasy, białka, nukleotydy, chlorofil, kwasy nukleinowe, K-aktywator wielu enzymów, reguluje turgor komórek, Ca-kofaktor enzymó, Mg-składnik chlorofilu, kofaktor enzymów, P, S
MIKROELEMENTY: Cl, Fe, B, Mn, Zn, Cu, Mo, Ni
SELEKTYWNE POBIERANIE SKŁADNIKÓW TZN. TO CZEGO W DANYM MOMENCIE POTRZEBUJE