fotosynteza

FOTOSYNTEZA
Fotosynteza (photosynthesis )-proces biologiczny polegający na pochłanianiu energii światła
słonecznego i przekształcaniu jej w energię chemiczną cząstek organicznych ( np.węglowodanów)
syntezowanych z dwutlenku węgla i wody .Sumaryczne równanie reakcji fotosyntezy:
Czynniki wpływające na intensywnośd fotosyntezy:
1)Wewnętrzne:




Budowa anatomiczna liścia
Budowa i rozmieszczenie aparatów szparkowych
Zawartośd barwników fotosyntetycznych
Budowa i ruchy chloroplastów
Do ważnych czynników endogennych (wewnętrznych) fotosyntezy należą między innymi ilośd i
rozmieszczenie aparatów szparkowych. Decydują bowiem o szybkości wnikania do liścia CO2 i
dyfundowania na zewnątrz O2. Ważna jest również powierzchnia blaszki liściowej i grubośd
kutykuli, przez którą do liścia przenika światło. Nie mniej istotne są rozmieszczenie w komórkach
miękiszu asymilacyjnego chloroplastów i zawartośd w nich chlorofilu.
2)Zewnętrzne:







Intensywnośd oświetlenia
Temperatura
Dostępnośd dwutlenku węgla
Dostępnośd wody
Dobre warunki zewnętrzne (np. wiatr)
Dostępnośd pierwiastków mineralnych
Stopieo zanieczyszczenia powietrza
Wśród czynników egzogennych (środowiskowych), wpływających na intensywnośd fotosyntezy,
na uwagę zasługują: światło, temperatura, stężenie CO2, ilośd wody, a także niektóre pierwiastki
mineralne (np. Fe, Mg, N).
Światło jest jednym z podstawowych czynników wpływających na wydajnośd fotosyntezy –
szczególnie fazy jasnej tego procesu. Energia świetlna zostaje przetworzone na energię
chemiczną zgromadzoną w asymilatach. Intensywnośd procesu fotosyntezy zależy zarówno od
barwy światła, jak i jego intensywności (natężenie).
Temperatura wpływa przede wszystkim na fazę ciemną fotosyntezy, ze względu na dużą liczbę
enzymów biorących udział w cyklu Calvina.
Normalne stężenie CO2 w atmosferze jest niskie i wynosi ~`0,03%. Jest to wartośd poniżej
optymalnej, ponieważ główny enzym fazy ciemnej fotosyntezy – rubisco – znacznie wydajniej
przeprowadza asymilację dwutlenku węgla, gdy stężenie tego gazu jest wyraźnie większe. Fakt
ten można w pewnym stopniu wykorzystad w uprawie roślin szklarniowych.
Woda ma wieloraki wpływ na intensywnośd procesu fotosyntezy- jest bowiem substratem tego
procesu (fotoliz wody). Zapewnia uwodnienie protoplastu komórek, co ma istotny wpływ na
metabolizm komórkowy. Wpływ też na uwodnienie aparatów szparkowych, a tym samym na ich
otwieranie i zamykanie.
Istotny wpływ na fotosyntezę ma także odżywianie mineralne. Niedobór pierwiastków
mineralnych, Fe, Mg i N, hamuje syntezę chlorofilu, cytochromów i nukleotydów, bez których
fotosynteza nie będzie przebiegała właściwie. Niedobór K, Mn i Cl ogranicza aktywnośd enzymów
ważnych dla tego procesu.
Rośliny światłolubne, a rośliny cieniolubne
Rośliny światłolubne (światłożądne)- heliofity, rośliny światłolubne znajdujące optymalne
warunki do swego rozwoju przy pełnym nasłonecznieniu; charakteryzują się specyficzną budową
morfologiczną (np. małymi blaszkami liściowymi o mocnej budowie) oraz fizjologią, m.in.
wymagają kilkakrotnie większej ilości światła potrzebnego do fotosyntezy analogicznej ilości
związków węgla co rośliny cieniolubne.
Róża
Wrzos
Rośliny cieniolubne (cienioznośne)- skiofity, rośliny znoszące lub optymalnie rozwijające się w
miejscach zacienionych; w podszyciu lasów w różnych strefach klim., np. mchy, paprocie, siewki
drzew, maranty, begonie.
Hortensja
Rododendron
Budowa chloroplastu
Główne barwniki fotosyntetyczne:



Chlorofil - maksimum absorpcji dwóch najczęściej występujących chlorofili 430 nm i 662 nm
dla chlorofilu a oraz 453 nm i 642 nm dla chlorofilu b (zakres światła niebieskiego i słabszego
czerwonego), odbijanie światła zielonego sprawia, ze rośliny są zielone.
Karoteny- dodatkowe barwniki fotosyntetyczne absorbujące światło o nieco innej długości
niż chlorofil, pełnią także funkcję przeciwutleniaczy.
Fikobiliny- wydajnie absorbują światło czerwone, pomaraoczowe, żółte i zielone (zakres
długości fali częściowo nieabsorbowanych przez chlorofile). Występuje u sinic,
glaukocystofitów i krasnorostów.
Budowa chlorofilu a i b
Faza jasna
Celem fazy jasnej jest wytworzenie sił asymilacyjnych niezbędnych do reakcji zachodzących w fazie
ciemnej.
W błonach tylakoidów występują dwa typy jednostek zawierających chlorofil- fotosystem I i
fotosystem II. Każdy z fotosystemów zawiera nieco inny zestaw cząsteczek chlorofilu toteż absorbuje
światło o innej długości fali. Wzbudzony przez światło elektron, pochodzący z chlorofilu w
fotosystemie II, odbywa drogę przez kilka przenośników, które umieszczają go ostatecznie w
cząsteczce chlorofilu wchodzącego w skład fotosystemu I. Podczas przenoszenia elektronu, jeden
proton zostaje przeniesiony ze stromy chloroplastu do wnętrza tylakoidu. W wyniku tego
mechanizmu wzrasta stężenie protonów wewnątrz tylakoidów ( w stosunku do stężenia protonów w
stromie chloroplastu. Elektron, który znalazł się w cząsteczce chlorofilu fotosystemu I może zostad
ponownie wzbudzony. Stanie się tak wtedy, gdy chlorofil fotosystemu I zaabsorbuje światło.
Wówczas elektron ten wędruje przez kolejną grupę przenośników, aby ostatecznie dotrzed na
cząsteczkę NADP+ i zredukowad ją do NADPH. Musimy jednak pamiętad o tym, że w fotosystemie II
wciąż jest ‘luka’- brakuje elektronu. Po pozbyciu się elektronu chlorofil ma tak silne właściwości
utleniające, że potrafi utlenid cząsteczkę wody, odbierając od niej brakujący elektron. W ten sposób
powstaje uboczny produkt fotosyntezy- tlen cząsteczkowy. Pojawiają się także protony pochodzące z
rozbitej cząsteczki wody.
Należy także wspomnied o tym, że powstający gradient protonowy jest wykorzystywany przez
syntezę ATP (podobnie jak w łaocuchu oddechowym) do wytwarzania wiązao wysokoenergetycznych
w cząsteczce ATP . Znajdująca się w błonie synteza ATP przekształca ADP i fosforan w cząsteczkę ATP.
Porównanie niecyklicznego i cyklicznego transportu elektronów
Niecykliczny transport
elektronów
Cykliczny transport elektronów
Źródło elektronów
Woda
Brak- elektrony krążą w
fotosystemie I
Uwalnianie tlenu
Tak (z wody)
Nie
Koocowy akceptor elektronów
NADP+
Brak- elektrony krążą w
fotosystemie I
Postad czasowo gromadzonej
energii
ATP( w wyniku chemiosmozy
NADPH)
ATP (w wyniku chemiosmozy)
Uczestniczące fotosystem(y)
PS I (P700) i PS II (P680)
Tylko PS I (P700)
Faza ciemna fotosyntezy ( Cykl Calvina )
Jest to proces wiązania dwutlenku węgla przy użyciu sił asymilacyjnych powstałych w fazie jasnej
fotosyntezy prowadzący do utworzenia związku organicznego (prostego węglowodanu).Jest to faza
niezależna od obecności światła i zachodzi w stromie chloroplastów.
Cykl Calvina możemy podzielid na 3 etapy: karboksylację, redukcję, regenerację
W Fazie karboksylacji CO reaguje z rybulozobifosforanem (RuBP)cukrem pięciowęglowym z udziałem
enzymu karboksylazy/oksygenazy rybulozobifosforanu ( rubisco ) tworząc związek trój węglowy –
fosfoglicerynian ( PGA)
W fazie redukcji siły asymilacyjne zgromadzone w ATP i NADPH zostają użyte do przekształcenia
cząsteczek PGA w cząsteczki aldehydu 3-fosfoglicerynowego. 2 cząstki aldehydu 3fosfoglicerynowego służą do syntezy cukru będącego odpowiednikiem jednej cząsteczki glukozy .
W Fazie regeneracyjnej Cyklu Calvina 5/6 cząstek G3P ulegają przemianom, które ostatecznie
prowadzą do odtworzenia RuBP.
Cykl Calvina- reakcje
niezależne od światła.
Co to jest fotooddychanie ?
Fotooddychanie, fotorespiracja (photorespiration)- proces zmniejszający natężenie fotosyntezy u
roślin C3 w gorących okresach lata: zużywa tlen i wytwarza dwutlenek węgla, w wyniku degradacji
metabolitów pośrednich cyklu Calvina .
Wiele roślin, zwłaszcza żyjących w klimacie gorącym i suchym, przystosowało się do efektywnego
wiązania węgla. Rośliny C4 (typu C4) najpierw wiążą dwutlenek węgla do czterowęglowego
szczawiooctanu. Rośliny CAM (typu CAM) natomiast wiążą dwutlenek węgla do szczawiooctanu w
nocy. Te szczególne szlaki występujące w roślinach C4 i CAM poprzedzają cykl Calvina (szlak C3), ale
nie zastępują go.
Porównanie szlaku C4 ze szlakiem CAM
W szlaku C4 enzym karboksylaza PEP katalizuje efektywne wiązanie dwutlenku węgla nawet przy
bardzo niskim stężeniu tego gazu. Reakcje szlaku C4 zachodzą w komórkach mezofilu; dwutlenek
węgla jest wiązany do szczawiooctanu, który przekształca się w jabłczan, a ten dostaje się do
komórek pochwy około wiązkowej, gdzie ulega dekarboksylacji. Uwolniony dwutlenek węgla wchodzi
w cykl Calvina.
W metabolizmie roślin gruboszowatych (CAM) funkcjonuje podobny szlak do C4. Karboksylaza PEP
katalizuje wiązanie dwutlenku węgla w komórkach mezofilu w nocy, a cykl Calvina przebiega w tych
samych komórkach, ale w ciągu dnia.
Przekrój przez liśd rośliny C4 z mezofilem wieocowym
Przykłady roślin C4:
Kukurydza zwyczajna
Proso zwyczajne
Proso olbrzymie
Przykłady roślin CAM
Ananas
Opuncja
Bibliografia:










Vademecum Matura 2011 wydawnictwo Operon
Wikipedia wolna encyklopedia pl.wikipedia.org
Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego i technikum. Kształcenie w
zakresie rozszerzonym. Praca Zbiorowa pod redakcją Krzysztofa Staronia. Częśd 2 tom 1.
Wydawnictwo WSiP
Tablice biologiczne Wydawnictwo Podkowa
http://www.biologia-chemia.cba.pl/egzamin/12_cyklc_cam.pdf
http://www.google.pl/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thu
mb/8/8f/Chloroplast_pl.png/300px
Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin BIOLOGY, Seventh edition, Multico Oficyna
Wydawnicza
Słownik biologiczny PWN
http://www.google.pl/imgres?imgurl=http://www.oczarjk.pl/zdjecia
http://www.google.pl/search?q=wrzos