Pobierz fotosynteza (matura 2025) i więcej Notatki w PDF z Biologia tylko na Docsity!
FOTOSYNTEZA
Wszystkie organizmy potrzebują do życia stałych dostaw energii. Podstawowym jej źródłem jest słońce, z którego energii korzystają tylko autotrofy (organizmy samożywne).
AUTOTROFIZM
To sposób samożywnego odżywiania się organizmów, które same wytwarzają związki organiczne z prostych związków nieorganicznych (CO2). Redukcja CO2 do związków organicznych to tzw. przemiana anaboliczna, która wymaga dostarczenia energii, a w zależności od pochodzenia energii wyróżniamy 2 rodzaje autotrofizmu - fotosynteza i chemosynteza.
FOTOSYNTEZA
To sposób odżywiania się roślin, protistów, roślinopodobnych i niektórych bakterii (sinic, bakterii zielonych oraz purpurowych). Proces ten u organizmów eukariotycznych przebiega w chloroplastach, a u prokariotycznych w tylakoidach i cytozolu. Wyróżniamy dwa jej rodzaje:
→ fotosynteza oksygeniczna zachodzi z uwolnieniem tlenu u protistów roślinopodobnych, sinic i roślin. Polega na wytwarzaniu związków organicznych z prostych związków nieorganicznych (CO2 I H2O) z udziałem energii świetlnej. Składa się z:
→ fazy jasnej, czyli zależnej od światła, która polega na wytworzeniu siły asymilacyjnej, czyli ATP oraz NADPH, potrzebnej do redukcji CO2.
- pod wpływem światła z chlorofilu są wybijane elektrony, powstają wtedy kationy chlorofilu a.
- luki elektronowe są uzupełniane przez elektrony pochodzące z fotolizy wody. Pod wpływem fotolizy powstają protony oraz tlen.
- elektrony wybite z chlorofilu a w PSII uzupełniają luki w kationach chlorofilu a w PSI.
- elektrony wybite z cząsteczek chlorofilu a w PSI wędrują łańcuchem przenośników elektronów na ostateczny akceptor elektronów (NADP+).
- NADP+ przyjmuje 2 elektrony, ulega redukcji do NADPH.
- podczas transportu elektronów z PSII na PSI następuje pompowanie protonów ze stromy do tylakoidu (gradient protonowy).
- syntaza ATP wykorzystuje tylakoid do syntezy ATP. substraty: światło, H2O produkty: ATP, NADPH, tlen
→ fazy ciemnej (cykl calvina),czyli niezależnej od światła, która polega na asymilacji CO2, czyli jego redukcji do związków organicznych.
- karboksylacja - przyłączenie cząsteczki dwutlenku węgla do RuBP, w efekcie, czego powstaje kwas 3-fosfoglicerynowy (PGA)
- redukcja - redukcja kwasu 3-fosfoglicerynowego do aldehydu 3-fosfoglicerynowego (PGAL). Do tego procesu jest niezbędna siła asymilacyjna wytworzona w fazie jasnej. Cząsteczki NADPH ulegają utlenieniu do NADP, a ATP zostaje rozłożone do ADP i wolnych reszt fosforanu. Podczas redukcji jest wydzielana woda.
- regeneracja - podczas tego procesu ma miejsce odbudowa wykorzystanego RuBP z PGAL, po to by cykl mógł się rozpocząć raz jeszcze. Jest to skomplikowany i długi ciąg reakcji. Na odbudowę RuBP potrzebnych jest 10 cząsteczek aldehydu. substraty: CO2, ATP, NADPH produkty: glukoza, ADO i Pi, NADP+
→ fotosynteza anoksygeniczna to rodzaj fotosyntezy, w której podczas produkcji związków organicznych nie jest wytwarzany tlen. W przeciwieństwie do fotosyntezy oksygenicznej
FOTOSYSTEMY
Fotosystemy to zespoły białek, barwników (głównie chlorofili) i innych związków chemicznych, które są kluczowe dla procesu fotosyntezy. Znajdują się w błonach tylakoidów w chloroplastach roślin, glonów oraz bakterii fotosyntetycznych. Ich główną funkcją jest pochłanianie światła i przekształcanie jego energii w energię chemiczną, która jest wykorzystywana do produkcji związków organicznych.
W fotosyntezie występują dwa typy fotosystemów:
→ fotosystem II (PSII) - rozpoczyna proces fotosyntezy. Gdy pochłania światło o długości fali 680 nm, elektrony w chlorofilu P680 zostają wzbudzone. Te wzbudzone elektrony są przekazywane do łańcucha transportu elektronów. Aby uzupełnić utracone elektrony, PSII rozkłada cząsteczki wody (proces fotolizy) na protony (H⁺), elektrony (e⁻) i tlen (O₂). Tlen uwalnia się do atmosfery, a elektrony są dalej przekazywane w procesie fotosyntezy. PSII odpowiada za wstępną fazę fotosyntezy, gdzie zachodzi rozkład wody i produkcja tlenu. PSII dostarcza elektronów do łańcucha transportu elektronów.
→ fotosystem I (PSI) - pochłania światło o długości fali 700 nm. Elektrony, które pochodzą z PSII, są ponownie wzbudzane w PSI, a następnie przekazywane na NADP⁺, który zostaje zredukowany do NADPH. NADPH jest ważnym nośnikiem elektronów i jest wykorzystywany w cyklu Calvina do syntezy cukrów z dwutlenku węgla. PSI: Jego zadaniem jest produkcja NADPH, który jest wykorzystywany w fazie ciemnej fotosyntezy (cykl Calvina)
Każdy fotosystem składa się z dwóch głównych elementów:
→ kompleks antenowy (anteny barwnikowe) , złożony z wielu cząsteczek barwników (głównie chlorofili i karotenoidów), które pochłaniają światło. Barwniki te przekazują energię do centrum reakcji. Dzięki tej strukturze fotosystemy mogą efektywnie wychwytywać światło z różnych długości fal.
→ centrum reakcji - to miejsce, gdzie energia świetlna zostaje zamieniona na energię chemiczną. Znajduje się tam para specjalnych cząsteczek chlorofilu. W PSII są to chlorofile P680, a w PSI – P700. Nazwy te odnoszą się do długości fali światła, które wzbudzają te cząsteczki.
FOTOFOSFORYLACJA (FAZA JASNA)
To proces, w którym energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną w postaci ATP (adenozynotrifosforanu). Zachodzi w tylakoidach chloroplastów w fazie świetlnej fotosyntezy. Wyróżniamy jej 2 rodzaje:
→ fotofosforylacja niecykliczna - to główny proces zachodzący w fazie świetlnej fotosyntezy, w którym bierze udział zarówno fotosystem II (PSII) (kompleks białek i barwników znajdujący się w błonach tylakoidów w chloroplastach roślin) , jak i fotosystem I (PSI). Jego celem jest produkcja ATP oraz NADPH, które są wykorzystywane w cyklu Calvina do syntezy związków organicznych. Przebiega ona według poniższego schematu:
- pochłanianie światła przez PSII - światło wzbudza elektrony w fotosystemie II (PSII). Te wzbudzone elektrony są następnie przekazywane do pierwotnego akceptora elektronów.
- fotoliza wody - aby zastąpić utracone elektrony w PSII, cząsteczka wody jest rozkładana (fotoliza), co prowadzi do uwolnienia tlenu, protonów (H⁺) i elektronów
- transport elektronów przez łańcuch elektronowy: elektrony z PSII są przekazywane przez kompleks cytochromów, co prowadzi do transportu protonów (H⁺) przez błonę tylakoidu. Powstaje gradient protonowy, który napędza syntezę ATP.
- pochłanianie światła przez PSI: elektrony docierają do fotosystemu I (PSI), gdzie ponownie zostają wzbudzone przez światło.
- redukcja NADP⁺: elektrony z PSI są przekazywane na NADP⁺, co prowadzi do jego redukcji
- synteza ATP: gradient protonowy powstały w wyniku transportu elektronów napędza enzym ATP-syntazę, która syntetyzuje ATP z ADP i Pi (fosforan nieorganiczny). produkty: ATP, NADPH i tlen (O₂) jako produkt uboczny fotolizy wody.
→ fotofosforylacja cykliczna - to alternatywny proces produkcji ATP, w którym bierze udział tylko fotosystem I (PSI). W przeciwieństwie do fotofosforylacji niecyklicznej, nie powstaje tu NADPH, a tlen nie jest uwalniany. Przebiega ona według poniższego schematu:
- pochłanianie światła przez PSI: światło wzbudza elektrony w fotosystemie I (PSI). Elektrony te są przekazywane na pierwotny akceptor elektronów PSI.
- transport elektronów: zamiast przekazywania elektronów na NADP⁺, jak to się dzieje w fotofosforylacji niecyklicznej, elektrony wracają do cytochromu b₆f i przechodzą przez łańcuch transportu elektronów.
- pompa protonowa: transport elektronów powoduje przepompowanie protonów przez błonę tylakoidu, co tworzy gradient protonowy.
- synteza ATP: gradient protonowy napędza syntezę ATP przy użyciu ATP-syntazy, ale nie powstaje NADPH. produkty: tylko ATP.
wykorzystywanie światła o niższej intensywności, co jest korzystne w głębszych warstwach wody.
ZNACZENIE FOTOSYNTEZY
→ W jej procesie jej producenci wytwarzają związki organiczne, które stanowią źródło energii i materiałów budowlanych.
CHEMOSYNTEZA
to proces autotroficzny, w którym energia do syntezy związków organicznych pochodzi z reakcji chemicznych, a nie z energii świetlnej, jak w fotosyntezie. Chemosyntezę przeprowadzają niektóre bakterie i archeony, które wykorzystują związki chemiczne takie jak siarkowodór, amoniak, metan czy żelazo, jako źródło energii.
PRZEBIEG (ETAPY)
- bakterie chemosyntetyzujące utleniają różne związki chemiczne (takie jak siarkowodór, amoniak, metan, czy żelazo dwuwartościowe) w reakcji z tlenem lub innymi akceptorami elektronów. Energia uwolniona podczas tych reakcji jest wykorzystywana do produkcji ATP i zredukowanych nośników elektronów, takich jak NADH lub NADPH
- energia zgromadzona w postaci ATP i NADPH (lub NADH) jest wykorzystywana do redukcji dwutlenku węgla (CO₂) i syntezy związków organicznych, takich jak glukoza.
ZNACZENIE CHEMOSYNTEZY
→ usuwanie ze środowiska związków toksycznych dla innych organizmów.
→ uczestniczenie w krążeniu pierwiastków w przyrodzie.
