Fotosynteza jest procesem anabolicznym, czyli z prostych substa

Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne www.zdammature.pl
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 20-30 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.
Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne www.zdammature.pl
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
Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne www.zdammature.pl
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 H2O 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 CO2 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 3fosfoglicerynowy. Powstała trioza stanowi związek wyjściowy do tworzenia
innych cukrów i zw. Organicznych, a także w czasie regeneracji ulega
Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne www.zdammature.pl
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 CO2 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 CO2 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
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):
www.zdammature.pl - kursy maturalne i gimnazjalne