1 / 22

Fotosinteza

Fotosinteza. Manca Podvratnik. Kaj je fotosinteza?. Beseda fotosinteza nam pove, da nekaj tvorimo s pomočjo svetlobe Je biokemijski proces tvorjenja hrane (ogljikohidratov) iz dveh osnovnih sestavin – CO 2 in H 2 O – z izrabljanjem sončne energije

tovi
Download Presentation

Fotosinteza

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fotosinteza Manca Podvratnik

  2. Kaj je fotosinteza? • Beseda fotosinteza nam pove, da nekaj tvorimo s pomočjo svetlobe • Je biokemijski proces tvorjenja hrane (ogljikohidratov) iz dveh osnovnih sestavin – CO2 in H2O – z izrabljanjem sončne energije • Gre za pretvorbo energije svetlobe v kemijsko energijo • Fototrofi so rasltine, alge in nekatere bakterije

  3. Pomembnost rastlin • Rastline so avtotrofna bitja in so sposobna sintetizirati hrano iz anorganskih snovi z energijo svetlobe • Razliko med proizvedenimi in porabljenimi ogljikohidrati pri dihanju (in nekaterih drugih procesih) rastline porabijo za rast (večanje biomase) • Rastline proizvajajo O2 in so hrana heterotrofnim organizmom • Brez fotosinteze ne bi bilo fosilnih goriv (nafta, zemeljski plin, oglje), ki so organskega izvora • Za ogrevanje ali toplotne stroje prav tako ne bi imeli lesa • Energije, ki niso odvisne od sonca, so geotermalna, jedrska, energija vetra (zaradi rotacije Zemlje) in plimovanja • Zanima nas količina ogljika iz ozračja, ki rastline sintetizirajo v celulozo, škrob in druge ogljikohidrate vsako leto

  4. Letni svetovni pridelek C

  5. Kroženje O2 in CO2 na Zemlji • Masa ogljika, shranjenega pod površjem, je ocenjena na 1013 ton • Če rastline letno sintetizirajo 5 1010 ton ogljika • Je poraba ogljikovega dioksida 18 1010 CO2 • Proizvede se 13 1010 O2 (0,05% vsega kisika v ozračju) • Večina sintetiziranega ogljika se vrne v ozračje z dihanjem in gnitjem živih organizmov – obraten proces (krog se zaključi) • Danes k temu ciklu v majhni meri prispeva še industrijsko izkoriščanje fosilnih goriv

  6. Letni pridelek energije • Energijski tok, ki zadane površje Zemlje je okoli 5 1020 kcal/leto • Delež vse svetlobe, ki jo absorbirajo rastline je okoli 30% • Delež absorbirane energije, ki ga rastline lahko pretvorijo v kemijsko energijo je okoli 1% • Izkoristek fotosinteze 0,2-0,5% • Skupaj rastline na leto pretvorijo 1,5 1018 kcal sončne energije v kemično • Pri tem predelajo okoli 5 1010 ton ogljika • Energijska vrednost ogljikohidratov nekje okoli 112 kcal/mol C • Letno to ustreza 0,5 1018 kcal energije

  7. Poenostavljena enačba • Poenostavljena enačba fotosinteze 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 • Vodo črpajo iz tal s koreninami • CO2 in O2 vstopata/iztopata v liste skozi listne reže na spodnji strani lista iz ozračja • Reakcije fotosinteze potekajo v kloroplastih • Reakcija poteče preko več vmesnih stopenj, ki so jih razvozlali šele v 20. stoletju • Za eksperimente so primerne predvsem alge

  8. Termodinamika reakcije • Fotosinteza poteka na konstantnem tlaku (zato govorimo o entalpiji H) • Fotosintezna je endotermna reakcija (pri reakciji z 1 mol C je Δ H=112 kcal) • O spontanosti poteka reakcije odloča razlika kemijskih potencialov ΔG= ΔH-T ΔS<0 (ΔGfotosinteza=120 kcal z mol C) • Entropija pri fotosintezi se zmanjša • Sistem malih molekul H2O in CO2 je bolj neurejen kot sistem velikih molekul sladkorja in moleku O2 • Za potek reakcije rastline dobivajo energijo iz okolice v obliki svetlobe

  9. Najpogostejši nosilci energije v bioloških procesih so fosfatne vezi • Molekula ATP ob hidrolizi sprosti 8-10kcal/mol ATP+H2O→ADP+Pi+O2

  10. Postopno odkrivanje fotosinteze • Vmesni koraki pri fotosinteznih reakcijah so dolgo ostajali uganka • Začetki merjenja nastalega kisika vključujejo štetje mehurčkov rastlin v vodi • Kasnejše kvantitativno opazovanje fotosinteze vključuje masno spektrometrijo, infrardečo spektroskopijo, kemično analizo ipd. • Rezultati merjenja hitrosti (količine produktov) fotosinteze v odvisnosti od osvetljenosti vodijo k pravilni hipotezi, da fotosinteza poteka v dveh stopnjah – fotokemični del in encimski del, ki ni odvisen od osvetljenosti • Pri veliki osvetljenosti ozko grlo predstavlja encimski del • Temperatura vpliva v znatni meri le na drug del reakcij

  11. Fotosinteza v dveh stopnjah • Dve stopnji: svetlobne reakcije in Calvinov cikel • Pri svetlobnih reakcijah se izkorišča svetlobna energija za tvorbo molekul, ki shranijo veliko energije v kemijskih vezeh (ATP) • V Calvinovem ciklu se s pomočjo visoko energijskih molekul in ogljikoveka dioksida tvorijo ogljikohidrati

  12. Kloroplasti • Fotosinteza poteka v kloroplastih – tu se nahajajo fotoreceptorji (Hillova reakcija) • Kloroplasti so celični organeli • Imajo obliko zrn (2-8 μm) • Okoli pol milijona klorofilnih zrn na kvadratni milimeter lista • V njih se nahaja pigment, tj. substanca, ki absorbira svetlobo • Opazovanja z luminiscentnimi bakterijami, ki jih privlači kisik, so razkrila, da kisik nastaja v kloroplastih (iz molekul vode)

  13. Zgradba kloroplasta • V notranjosti kloroplasta se nahaja stroma • V stromo se zajeda tilakoidna membrana, ki tvori sploščene cisternaste tvorbe – tilakoide (elektronskim mikroskop) • Tilakoide, nanizane ena nad drugo, tvorijo granume • Svetlobne reakcije potekajo na tialkoidi (tu so pigmenti) • Vsi encimi potrebni pri fotofintezi se nahajajo v kloroplastih • Temotne reakcije potekajo v stromi • Tu se nahajajo tudi nekateri železovi katalizatorji

  14. Pigmenti • Pigmentne molekule so predvsem klorofil, ki daje listom zeleno barvo • Klorofila a in b absorbirata violično-moder in rdeče-oranžen del spektra • Zato so listi zelene barve • Pogosto so prisotni tudi karoteni (npr. pri sončnicah) ter ksantofili • Karotin izkoristi del spektra, ki ga klorofi a in b ne moreta • Pravimo jim tudi fotoreceptorji

  15. Pigmenti • Pigmenti predstavljajo 5% suhe teže celic v listih • Karoteni in klorofili so vodotopni • Klorofil a najdemo v vseh fotosinteznih celicah (razen pri bakterijah) • Zato ostalim pigmentom včasih pravimo pomožni • V večini rastlin so tudi pomožni pigmenti, vendar se njihova barva zamaskira v povsod prisotnem klorofilu a • V jeseni, ko se klorofil razgradi, npr. oksidiran karoten povzroči rumeno do rdeče obarvanje listov (poleg drugih pigmentov)

  16. Svetlobne reakcije • Pri fotosintezi potekajo reakcije oksidacije in redukcije • Namesto, da bi gledali spremembo entalpij in entropij, lahko potek reakcij opišemo z elektrokemijsko napetostno (redoks) vrsto • V principu se pri fotosintezi energija svetlobe najprej porabi za kreiranje visokoenergijskih elektronskih donorjev in nizkoenergijskih akceptorjev • Fotofosforilacija je proizvajanje molekul ATP (pri tem sodelujejo encimi) s pomočjo energije svetlobe

  17. Proces se začne, ko foton vzbudi elektron v višje stanje ob prisotnosti klorofila • Pri tem pride do razcepa molekule vode (tega procesa ne razumemo dobro) 2H2O→4H++4e-+O2 • Vzbujeni elektron odnese močen reducent • Elektroni spontano potujejo po elektronski transportni verigi (od močnejših reducentov k šibkejšim do močnih oksidantov) • V končnem elektron z znanim biološkim reducentom NADP+ in protonom H+ tvori NADPH, ki ga potrebujemo v Calvinovem ciklu

  18. Literatura • M. D. Archer, J. Barber: Molecular to Global Photosynthesis, Imperial College Press, 2004 • Rabinowitch and Govindjee, Photosynthesis • http://www.life.uiuc.edu/govindjee/photosynBook.html • Wikipedia • http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html

  19. Konec

More Related