Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne Fotosynteza

Transkrypt

1 Fotosynteza Fotosynteza jest procesem anabolicznym, czyli z prostych substancji pobranych z otoczenia pod wpływem energii syntetyzowane są złożone substancje organiczne (głównie cukry). Energią niezbędną do zainicjowania procesu jest asymilowane światło słoneczne, natomiast podstawowym produktem jest glukoza, która później przetwarzana jest na dalsze produkty. Lokalizacja fotosyntezy: - u organizmów prokariotycznych w ciałach chromatoforowych - o organizmów eukariotycznych w komórkach zawierających chloroplasty organów tj. liście, łodygi zieline a także zmodyfikowanych korzeniach np. storczyków Warunki fotosyntezy 1. Światło: proces zachodzi w świetle słonecznym jak i elektrycznym. Wzrost natężenia oświetlenia powoduje zwiększenie intensywności fotosyntezy, przy czym zależność inaczej kształtuje się u roślin światłolubnych i cieniolubnych. Zastanów się jak rośliny w swej budowie przystosowały się do intensywnego pochłaniania promieni świetlnych. 2. Dwutlenek węgla: rośliny pobierają go w postaci jonów wodorowęglanowych (formy wodne) lub w postaci gazowej (formy lądowe). Wzrost stężenia do 0,15% zwiększa trzykrotnie intensywność fotosyntezy. Przenikanie dwutlenku węgla do wnętrza rośliny regulują aparaty szparkowe 3. Woda: jest niezbędna do przebiegu procesu jako substrat i środowisko reakcji. Wzrost uwodnienia komórek powoduje otwarcie aparatów szparkowych a przez to przyczynia się do polepszenia wymiany gazowej. 4. Temperatura: W chłodne dni proces zachodzi powoli. Wzrost temperatury przyspiesza proces. Przedział stopni to optimum temperaturowe. Po przekroczeniu tej wartości intensywność słabnie a po przekroczeniu 40 stopni ulega zahamowaniu. 5. Sole mineralne: Jony magnezowe i manganowe są aktywatorami fotosyntezy. Niedobór jednego składnika mineralnego, nawet przy pełnym dopływie pozostałych ogranicza fotosyntezę.

2 Substratami procesu są woda i dwutlenek węgla (między innymi produkowany w procesie spalania komórkowego i wydychany do atmosfery), a produktem ubocznym jest tlen cząsteczkowy, który z kolei jest niezbędny do życia między innymi wszystkich zwierząt. Sumarycznie proces fotosyntezy przedstawia się następująco: Reakcję fotosyntezy przeprowadzają rośliny zielone, ponieważ zawierają zielony barwnik pochłaniający wszystkie długości fal białego światła słonecznego z wyjątkiem tej częstotliwości, która odpowiada falom o zielonym widmie. Chlorofil z centralnie umieszczonym atomem magnezu pochłania fotony światła słonecznego i poprzez długą węglową łodygę przekazuje energię w postaci elektronów (przetwarzana tu jest energia świetlna (fotony) na energię elektryczną (elektrony)). Wyróżnia się dwa typy chlorofilu a i b. Każdy z nich ma nieco inne właściwości pochłaniania światła, ponieważ nieznacznie różnią się budową chemiczną. KAżdy z nich jest pochodną porfiryny, z magnezem w środku pierścienia. Dziesiątki lub nawet setki cząsteczek chlorofilu poukładane są w stosy zwane fotosystemami. Wyróżnia się również dwa typy fotosystemów w zależności od długości fal świetlnych pochłanianych w największym stopniu: P680 (PS II) i P700 (PS I). Fotosynteza przebiega w dwóch etapach: tzw. fazie jasnej, zależnej od światła i fazie ciemnej niezależnej od światła. Faza jasna bezpośrednio zależy od dostępu światła i polega na wytworzeniu tak zwanej siły asymilacyjnej (ATP i NADPH2) do przeprowadzenia drugiej fazy fotosyntezy fazy ciemnej. Proces zachodzi w granach chloroplastów. Światło główny czynnik fotosyntezy- stanowi małe porcje energii, zwane fotonami lub kwantami świetlnymi. Uderzenie fotonów w cząsteczkę chlorofilu powoduje wybicie z niej elektronu. Chlorofil przechodzi w stan wzbudzenia. Wybite elektrony wychwytywane są przez system przenośników enzymów oksydoredukcyjnych. Podczas przepływu elektronów przez łańcuch przenośnikó tracą one energię, która jest wychwytywana i wykorzystana do syntezy ATP. Jeśli wybite elektrony wracają do fotosystemu PS I to fosforylacja nosi nazwę cyklicznej. W fosforylacji niecyklicznej Wybite z PS I elektrony są wykorzystywane do tworzenia siły asymilacyjnej w postaci NADPH2, co

3 powoduje wzbudzenie fotosystemu PS II, który przyciąga elektrony z cząsteczki wody powoduje to rozpad cząsteczki wody na jon wodorowy i uwalniany do atmosfery tlen cząsteczkowy. Jak widać procesy te są liniowe i prowadzą szlakiem protonów od cząsteczki wody do NADPH z utworzeniem cząsteczki ATP bez cyklicznego zamknięcia procesu, dlatego ta część fazy jasnej (część obejmująca reakcje chemiczne bez pobudzania fotosystemów) nosi nazwę niecyklicznej fosforylacji fotosyntetycznej (fosforylacja cykliczna może zachodzić wyłącznie z udziałem fotosystemu I i polega na uzupełnianiu braku elektronowego tego fotosystemu tym samym elektronem jaki został uwolniony po wzbudzeniu światłem, a który wrócił do fotosystemu dzięki białkom transportującym elektrony do wnętrza tylakoidu; jednak w tym procesie powstaje tylko jedna cząsteczka ATP, nie powstaje NADPH i wolny tlen czyli proces funkcjonalnie jest nieużyteczny). Bilans fazy jasnej to: z jednej cząsteczki H 2 O powstają dwa elektrony które generują potencjał umożliwiający powstanie ATP i jednej NADPH. Faza ciemna Te dwie cząsteczki przechodzą do fazy drugiej napędzając szlak procesów redukujących CO 2 do cząsteczki glukozy. Ten etap jest niezależny bezpośrednio od światła i nosi nazwę fazy ciemnej. Naturalnie nie przebiega w ciemności (tym bardziej, że zależy od dostępu do produktów fazy jasnej) jednak nie wymaga energii świetlnej. Redukcja dwutlenku węgla do glukozy jest procesem cyklicznym zwanym cyklem Celvina. Proces zachodzi w stromie chloroplastu. Sumarycznym równaniem proces ten można opisać następująco: Akceptorem CO2 jest cukier pięciowęglowy rybulozo-1,5-bis-fosforan. W wyniku karboksylacji powstaje kwas 3-fosfo glicerynowy. Ten przy udziale siły asymilacyjnej ulega redukcji i przekształca się w trioze: aldehyd 3- fosfoglicerynowy. Powstała trioza stanowi związek wyjściowy do tworzenia innych cukrów i zw. Organicznych, a także w czasie regeneracji ulega

4 przekształceniu w rybulozo-1,5-bis- fosforan. (tu wykorzystywana jest energia ATP) Roslin typu C4- U niektórych roślin (szczególnie tropikalnych, ale też między innymi kukurydza i trzcina cukrowa) cykl Calvina jest fizycznie oddzielony od dostępu dwutlenku węgla z otoczenia. U tych roślin w normalnych komórkach mezofilu, w których tradycyjnie przebiega cykl Calvina, proces ten został w toku ewolucji poszerzony o kilka związków chemicznych zbudowanych z 4 atomów węgla. Można powiedzieć, że jest to Cykl Calvina, który poszerzono o kilka 4-węglowych związków (między innymi jabłczan i szczawiooctan). Dwutlenek węgla z otoczenia przyłączany jest do 4-węglowego szczawiooctanu (dlatego rośliny te nazywa się C4). Elementy cyklu dyfundują głębiej do komórek oddalonych od otoczenia i tam uwalniają CO 2 z jabłczanu Dopiero ten dwutlenek węgla wiązany jest do typowego Cyklu Calvina. Szlak C4 jest bardziej wydajny i przy mniejszym dostępie wody umożliwia większy przyrost masy, oraz takie zmagazynowanie CO 2 aby niezależnie od dostępu do substratów z otoczenia proces syntezy mógł przebiegać nieprzerwanie (dlatego głównie rozwinęły go rośliny tropikalne). Chemosynteza Proces polegający na asymilacji dwutlenku węgla i przekształcaniu go na związki organiczne przy wykorzystaniu energii pochodzącej z utleniania różnych związków mineralnych. Przeprowadzają go organizmy prokariotyczne, nie posiadające barwników asymilacyjnych. Poszczególne bakterie chemosyntetyzujące wyspecjalizowały się w utlenianiu określonego substratu mineralnego: - nitryfikacyjne utleniają amoniak i sole amonowe do azotynów i azotanów - siarkowe utleniają siarkowodór do wolnej siarki - wodorowe utleniają wodór cząsteczkowy do wody Zastanów się jakie korzyści przynosi ten proces w przyrodzie? Bibliografia: Fizjologia organizmów z elementami anatomii człowieka Paweł Hoser, Wyd. WsiP

5 Warunki Bezpłatnych Przedruków: Możesz wykorzystać te materiały bezpłatnie na własny użytek, na własnej stronie internetowej, albo w czasopismie poza internetem -- pod warunkiem, ze nie będziesz niczego zmieniać bez porozumienia się z nami. Na dole musi być umieszczona następująca informacja (w internecie, muszą być także linki do naszej strony): - kursy maturalne i gimnazjalne