Samożywność roślin
Fotosynteza - reakcja anaboliczna
Wyjaśnisz, na czym polega proces fotosyntezy.
Przypomnisz sobie główne etapy fotosyntezy.
Wyjaśnisz czym są rośliny typu C3.
Fotosynteza jest podstawowym procesem warunkującym życie na Ziemi. Jest procesem anabolicznym, a więc takim, w którym przy wykorzystaniu energii z substancji prostych prostych tworzone są substancje bardziej złożone.
Ogólne równanie fotosyntezy, której głównym produktem jest cukier prosty, ma postać:
Fotosynteza jest procesem dwuetapowym. Pierwszy etap to faza jasna, która jest zależna od światła i zachodzi u roślin w granach chloroplastów. Drugi etap to faza ciemna (niezależna od światła). Obie fazy są ze sobą sprzęgnięte, a produkty fazy jasnej są wykorzystywane jako substraty w fazie ciemnej.
Faza jasna fotosyntezy
Głównym celem fazy jasnej fotosyntezy jest wytworzenie tzw. siły asymilacyjnej, czyli ATP oraz NADPH + HIndeks górny ++, które to związki służą do wytwarzania cukrów w fazie ciemnej.
Faza jasna rozpoczyna się od zaabsorbowania światła przez anteny energetyczne fotosystemówfotosystemów, a następnie przekazania ich energii na aktywną cząsteczkę chlorofilu a, z której wybijane są elektrony. W reakcji mogą uczestniczyć równocześnie dwa fotosystemy, PSI i PSII – wówczas mówi się o fosforylacjifosforylacji niecyklicznej, lub tylko fotosystem PSI – wówczas fazę jasną określa się jako fosforylację cykliczną.
Fosforylacja niecykliczna
Produktami fosforylacji niecyklicznej są ATP, NADPH + HIndeks górny ++oraz OIndeks dolny 22.Elektrony wybite z cząsteczki chlorofilu P680 przenoszone są przez przenośniki wbudowane w błonę tylakoidów na cząsteczkę chlorofilu P700. Towarzyszy temu powstanie w poprzek błony gradientu protonowego, wykorzystywanego do syntezy ATP. Z kolei NADPH + HIndeks górny ++ powstaje kosztem elektronów wyemitowanych pod wpływem światła z centrum reakcji fotosystemu PSI, które przy współudziale protonów redukują obecny w środowisku NADPIndeks górny ++. Elektrododatnia luka w P680 zostaje wypełniona elektronami pochodzącymi z fotolizy wody (rozkładu wody pod wpływem światła). Powstający w tej reakcji tlen jest produktem ubocznym, który przedostaje się do atmosfery, gdzie stanowi podstawowy substrat metabolizmu tlenowego.
Fosforylacja cykliczna
W fosforylacji cyklicznej uczestniczy tylko fotosystem PSI. Jej produktem jest ATP. Wybijane z chlorofilu P700 elektrony przenoszone są przez przenośniki, po czym z powrotem trafiają do tej samej cząsteczki, z której zostały wyemitowane. Przepływowi elektronów w fosforylacji cyklicznej towarzyszy powstanie w poprzek błony gradientu protonów i synteza ATP, nie powstają jednak tlen (brak fotolizy wody) oraz NADPH + HIndeks górny ++.
Fosforylacja cykliczna zachodzi głównie przy niedoborze NADPIndeks górny ++, np. przy silnym oświetleniu i niskim stężeniu COIndeks dolny 22, kiedy to w komórkach przeważa faza jasnej fotosyntezy nad fazą ciemną.
Faza ciemna fotosyntezy
W fazie ciemnej fotosyntezy następuje synteza cukrów. Jej szczegółowy przebieg różni się u poszczególnych roślin, co jest podstawą wyróżnienia trzech głównych typów fotosyntezy: CIndeks dolny 33, CIndeks dolny 44 oraz CAM.
Fotosynteza CIndeks dolny 33 jest najczęściej spotykanym rodzajem asymilacji COIndeks dolny 22, a jej nazwa pochodzi od pierwszego trwałego produktu, jakim jest cukier trójwęglowy – aldehyd 3‑fosfoglicerynowy (PGAL). Gatunki przeprowadzające ten typ fotosyntezy nazywane są roślinami typu CIndeks dolny 33;zalicza się do nich niemal wszystkie gatunki występujące w strefie umiarkowanej.
W fazie ciemnej fotosyntezy typu CIndeks dolny 33 zachodzi cykl Calvina, składający się z trzech następujących po sobie etapów: karboksylacji, redukcji oraz regeneracji.
W czasie karboksylacji COIndeks dolny 22 zostaje włączony do stale obecnego w stromie chloroplastów akceptora, jakim jest pięciowęglowy cukier, rybulozo‑1,5‑bifosforan (RuBP). W rezultacie powstaje krótkotrwały sześciowęglowy związek przejściowy, który rozpada się na dwie cząsteczki trójwęglowego kwasu 3‑fosfoglicerynowego (PGA). Przy użyciu siły asymilacyjnej (ATP i NADPH + HIndeks górny ++) wytworzonej w fazie jasnej PGA ulega następnie redukcji, tworząc najprostszy cukier – aldehyd 3‑fosfoglicerynowy (PGAL). Związek ten zużywany jest do regeneracji wykorzystanego do jego syntezy RuBP, a także do syntezy bardziej złożonych cukrów i innych związków organicznych, np. aminokwasów i lipidów.
Wytworzenie jednej cząsteczki glukozy (zbudowanej z sześciu atomów węgla) wymaga związania sześciu cząsteczek COIndeks dolny 22 i zużycia 18 cząsteczek ATP, z których sześć wykorzystywana jest do regeneracji RuBP.
Sumarycznie reakcje fotosyntezy typu CIndeks dolny 33 prowadzące do powstania cząsteczki glukozy można przedstawić następująco:
Faza jasna: 12 HIndeks dolny 22O + 18 ADP + 18 Pi + 18 NADPIndeks górny ++ → 6 OIndeks dolny 22 + 18 ATP + 12 NADPH + HIndeks górny ++
Faza ciemna: 6 COIndeks dolny 22 + 18 ATP + 12 NADPH + HIndeks górny ++ → CIndeks dolny 66HIndeks dolny 1212OIndeks dolny 66 + 6 HIndeks dolny 22O + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP
Pierwotne i wtórne produkty fotosyntezy
Pierwotnymi produktami fotosyntezy są fosfotriozy, m.in. aldehyd 3‑fosfoglicerynowy (PGAL). Z sześciu cząsteczek PGAL powstałego w cyklu Calvina tylko jedna stanowi zysk fotosyntezy i zostaje wykorzystana do syntezy wtórnych produktów fotosyntezy:
glukozy, powstającej w stromie chloroplastu;
sacharozy, powstającej w cytozolu;
skrobi asymilacyjnej i skrobi zapasowej, syntetyzowanej w stromie chloroplastu i amyloplastach
pozostałych cukrów, białek, tłuszczów i innych związków organicznych występujących w roślinach.
Na podstawie samouczku „Fotosynteza jako reakcja anaboliczna” wykonaj polecenie.
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1CPr2CeQ5zaK
Film pod tytułem: ,,Fotosynteza jako reakcja anaboliczna."
Podsumowanie
Fotosynteza jest dwuetapowym procesem anabolicznym, w którym przy wykorzystaniu energii światła, z prostych substancji nieorganicznych (dwutlenku węgla i wody) powstają złożone substancje organiczne.
Fotosynteza składa się z dwóch wzajemnie powiązanych ze sobą faz: jasnej i ciemnej.
W fosforylacji cyklicznej produktem jest tylko ATP.
Ćwiczenia utrwalające
Dokonaj analizy zamieszczonego poniżej schematu cyklu Calvina i zaznacz poprawne odpowiedzi.
Indeks dolny Współczesna inżynieria genetyczna poszukuje sposobów na zwiększenie wydajności fotosyntezy. Podczas pewnego eksperymentu zauważono, że rośliny tytoniu wykazujące nadekspresję genu kodującego fosfatazę sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu charakteryzują się znacznie wydajniejszą asymilacją COIndeks dolny 22 niż osobniki niezmodyfikowane. Inne badania również wskazują, że ilość fosfatazy sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu jest istotnym elementem kontroli ilości asymilowanego COIndeks dolny 22 podczas fotosyntezy wielu gatunków roślin. Rola tego enzymu polega na odłączeniu reszty fosforanowej od sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu (związku siedmiowęglowego). Sedoheptulozo‑7-fosforan jest następnie przekształcany przez kolejne enzymy do rybulozo‑1,5‑bisfosforanu. Indeks dolny koniecWspółczesna inżynieria genetyczna poszukuje sposobów na zwiększenie wydajności fotosyntezy. Podczas pewnego eksperymentu zauważono, że rośliny tytoniu wykazujące nadekspresję genu kodującego fosfatazę sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu charakteryzują się znacznie wydajniejszą asymilacją COIndeks dolny 22 niż osobniki niezmodyfikowane. Inne badania również wskazują, że ilość fosfatazy sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu jest istotnym elementem kontroli ilości asymilowanego COIndeks dolny 22 podczas fotosyntezy wielu gatunków roślin. Rola tego enzymu polega na odłączeniu reszty fosforanowej od sedoheptulozo‑1,7‑bisfosforanu (związku siedmiowęglowego). Sedoheptulozo‑7-fosforan jest następnie przekształcany przez kolejne enzymy do rybulozo‑1,5‑bisfosforanu.
Indeks górny Na podstawie: B. Nowicka, J. Kruk, Perspektywy wykorzystania inżynierii genetycznej do zwiększenia wydajności fotosyntezy, Postępy Biochemii, 2018 Indeks górny koniecNa podstawie: B. Nowicka, J. Kruk, Perspektywy wykorzystania inżynierii genetycznej do zwiększenia wydajności fotosyntezy, Postępy Biochemii, 2018
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.