• ORGANIZM JEST UKŁADEM OTWARTYM - Każdy organizm funkcjonuje stale wymieniając materię i energię między organizmem a środowiskiem.

• ENERGIA to zdolność do wykonywania pracy; m.in.

-chemiczna

-mechaniczna

-elektryczna

-osmotyczna

-cieplna

-świetlna itd.

• AUTOTROFY pobierają materię w postaci związków nieorganicznych CO₂, H₂O i soli mineralnych, a energię w postaci energii świetlnej (fotosynteza) lub chemicznej, z utleniania prostych związków mineralnych (chemosynteza)

• HETEROTROFY uzyskują energię i materię z pobieranego pokarmu

• METABOLIZM = PRZEMIANA MATERII polega na przetwarzaniu związków chemicznych, jakie zachodzi w żywych komórkach

• ANABOLIZM procesy syntezy, energia jest dostarczana (proces przeważający u osobników młodych) np. fotosynteza

• KATABOLIZM procesy rozkładu, energia jest oddawana (proces przeważający u organizmów starszych) np. szlak utleniania glukozy (etapy: glikoliza [cytozol], dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu, cykl Krebsa i łańcuch oddechowy [w mitochondriach]

• ATP - adezynotrifosforan; ma zdolność do krótkotrwałego magazynowania i wykorzystywania energii chemicznej, ponieważ:

-łatwo dyfunduje w komórce do miejsca, gdzie jest potrzebna energia

-posiada wysokoenergatyczne (DWA) wiązania fosforanowe

-grupy fosforanowe łatwo się odłączają

-po utracie grup fosforanowych ATP łatwo je odzyskuje

Udział ATP np.:

• transport aktywny (pompa sodowo-potasowa; powstaje gradient potencjału elektrycznego, gdyż jony mają ładunek elektryczny 3xNa⁺ na zewnątrz komórki i 2xK⁺ wprowadzane do komórki; zmiana potencjału elektrochemicznego i stężenia jonów),

• pompa jonów wodorowych (H⁺-ATPaza; łańcuch oddechowy)

• SZLAK METABOLICZNY przemiana sekwencji reakcji biochemicznych następujących jedna po drugiej ANABOLICZNE zrealizowane dzięki sprzężeniu z KATABOLICZNYMI SZKLAKAMI.

• 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

• C_{4 (}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