Pobierz Fotosynteza - notatka i więcej Notatki w PDF z Biologia tylko na Docsity!
Fotosynteza
Czym jest fotosynteza??? Fotosynteza to synteza związków organicznych (glukozy) z prostych związków nieorganicznych (sole mineralne, woda) w obecności odpowiednich barwników i przy udziale energii świetlnej. W procesie tym powstają związki mniej utlenione, a co za tym idzie mające wyższą wartość energetyczną. Stanowią one źródło budulca dla autotrofów oraz są pokarmem dla heterotrofów. Dzięki wiązaniu CO2 i uwalnianiu tlenu, fotosynteza zapewnia również utrzymanie równowagi gazowej atmosfery. Jest to zatem podstawowy proces biologiczny warunkujący życie na Ziemi. Gdzie zachodzi fotosynteza??? Fotosynteza zachodzi u roślin, bakterii i pierwotniaków i zlokalizowana jest w specjalnych obszarach komórki. U roślin są nimi chloroplasty, czyli organelle skupione w tkance miękiszowej liści. Fotosyntetyzujące Procaryota posiadają ciałkach chromatoforowe (barwnikowe) o budowie lamelarnej, natomiast u sinic znajdujemy tylakoidy oddzielone od błony cytoplazmatycznej.
Fotosynteza jest złożonym procesem, który zachodzi w dwóch fazach.
Faza jasna(świetlna) To szereg reakcji fotochemicznych - wymagających światła do swojego przebiegu. Zachodzi w granach, gdzie zgromadzony jest chlorofil. Istotą tej fazy jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych, produktami jest siła asymilacyjna w postaci NADPH2 i ATP oraz tlen jako produkt uboczny. Biorą w niej udział dwa fotosystemy chlorofilu: ewolucyjnie starszy PSI (chlorofil a i karotenoidy; 700nm) i PSII (chlorofil a i b, ksantofil; 680nm). Różnią się one między sobą głównie właściwościami występujących w nich cząsteczek chlorofilu i karotenoidów. Oba usytuowane są w innych częściach gran i działają razem, choć inaktywacja jednego nie wstrzymuje fotosyntezy. Pochłaniane przez chlorofil fotony powodują wybicie elektronów z cząsteczki chlorofilu. Są one natychmiast wychwytywane przez przenośniki elektronów takie jak NADP, ferredoksynę, czy cytochromy. Transportowany elektron stopniowo traci energię, która częściowo rozpuszcza się w postaci ciepła, a częściowo magazynowana jest w postaci ATP. Proces ten nazywa się fosforylacją fotosyntetyczną i może być: cykliczny – gdy elektrony PSI po przejściu przez szereg przenośników wracają do fotosystemu I; niecykliczny – gdy elektrony wybite z PSI transportowane są na przenośnik wodoru NADP+, a powstałą w chlorofilu lukę wypełniają elektrony z innej
Wyróżnia się trzy główne etapy fazy ciemnej:
karboksylację : pobrany z atmosfery CO2 przyłączany jest do uaktywnionego pięciowęglowego cukru – rybulozodifosforanu (RuDP) lub rybulozy (RDP). Po przyłączeniu związek ten, już jako sześciowęglowy rozpada się na dwie cząsteczki o 3 atomach węgla – kwasy fosfoglicerynowe (PGA); redukcję : dotyczy redukcji PGA do 6 cząsteczek aldehydu 3-fosfoglicerynowego (GAP). Reakcja odbywa się z udziałem siły asymilacyjnej w postaci NADPH2 i ATP; regenerację : podczas której pięć cząsteczek GAP wykorzystywanych jest do odbudowy (regeneracji) akceptora CO2 – RuDP (jednocześnie przyłączane są 3 cząsteczki CO2). Pozostała jedna cząsteczka stanowi produkt netto fotosyntezy i jest substratem służącym do wytwarzania bardziej złożonych związków organicznych.
Większość roślin asymiluje CO2 z atmosfery w sposób bezpośredni przez włączenie go w redukcyjny cykl Calvina. Akceptorem CO2 jest pięciowęglowy RuDP, a pierwszym trwałym produktem trójwęglowy kwas 3-fosfoglicerynowy (PGA). Jest to tak zwana fotosynteza typu C3.
U niektórych roślin (trzcina cukrowa, kukurydza) zachodzi fotosynteza typu C4.
Akceptorem CO2 jest związek trójwęglowy - kwas fosfoendopirogronowy (PEP), a produktem reakcji czterowęglowy kwas szczawiooctowy.
U tych roślin przyswajanie dwutlenku węgla zachodzi w dwóch etapach:
wiązanie CO2 przez PEP, który w wyniku przemian przekształca się w kwas jabłkowy (komórki mezofilu liściowego, małe chloroplasty); w komórkach chlorenchymy następuje dekarboksylacja kwasu jabłkowego do kwasu pirogronowego i CO2, który zostaje włączony w cykl Calvina i wbudowywany w związki organiczne. Kwas pirogronowy wraca do mezofilu.
zachodzi zarówno przy oświetleniu naturalnym jak i elektrycznym. Jednak jedynie część energii padającej na liść ulega przetworzeniu w energię chemiczną asymilantów. Szybkość procesu zależy zarówno od barwy jak i intensywności światła oraz od typu rośliny. Cieniolubne, np. zasiedlające runo leśne, największą wydajność osiągają już przy 1/10 intensywności pełnego światła słonecznego. Rośliny światłolubne, np. zboża, rosną najlepiej przy intensywnym oświetleniu. Zbyt silne światło hamuje fotosyntezę powodując utlenienie i inaktywację cząsteczek chlorofilu. Wzrasta też nadmiernie transpiracja, komórki tracą turgor, przez co szparki zamykają się hamując dopływ CO2.
wewnętrznych:
budowa organów i tkanek biorących udział w fotosyntezie: liście, układ chlorenchymy, aparaty szparkowe (ilość i rozmieszczenie), tkanka magazynująca
wodę, barwniki; fizjologiczne właściwości rośliny: o zdolność do manipulacji ułożeniem liści i chloroplastów; o sprawność systemu dostarczającego wodę i sole mineralne; o mechanizmy chroniące przed przegrzaniem i nadmierną transpiracją.
Fotoautotrofy wykorzystują energię promieniowania słonecznego o długości fali ok. 400 -700 nm, przy czym absorbują głównie fale o długości odpowiadającej barwie niebieskiej i czerwonej. Kluczową rolę podczas przebiegu tego procesu odgrywają barwne związki chemiczne zwane barwnikami fotosyntetycznymi (asymilacyjnymi). Występują one w większej ilości u roślin cieniolubnych niż u światłolubnych.
Wyróżnia się trzy główne grupy barwników
Chlorofile pochłaniają promienie o długości fali niebieskiej i czerwonej. Zielone barwniki rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych i tłuszczach, są jednak nierozpuszczalne w wodzie: o chlorofil a – podstawowy, niebieskozielony barwnik, występuje u wszystkich fotoautotrofów z wyjątkiem bakterii; o chlorofil b – zielonożółty barwnik występuje u roślin wyższych i glonów, niezależnie od chlorofilu a i w mniejszej ilości; o chlorofil c występuje w niewielkich ilościach u okrzemek, brunatnic i niektórych wiciowców;
wodzie białkami. Wychwytują energię świetlną w obszarze 450-600 nm, a następnie przekazują ją na chlorofil. Jest to forma przystosowania się do życia na dużych głębokościach.
