Fotosinteza Flashcards
(17 cards)
Kloroplast zgradba
Kloroplast je plastit v rastlinski celici, ki je odgovoren za fotosintezo. sestavljen je iz dve membran. Zunanja membrana je gladka polprepustna in omogoča prehod majhnih molekul in ionov. Notranja membrana je nagubana in vsebuje specifične transportne proteine, ki nadzorujejo vstop in izstop snovi. Med njima je medmembranski prostor, ki je nastal z uvihavanjem dvosloja. v notranjosti se nahaja stroma, ki vsebuje DNA, ribosome, encime za sintezo sladkorjev. To je mesto, kjer poteka Calvinov cikel. V stromo se zajeda tilakoidna membrana ter tvori sploščene tvorbe-tilakoide. Tilakoidna membrana izvira iz zunanje membrane kloroplasta. Tilakoide nanizane ena na drugo tvorijo granume. V tilakoidni membrani se nahajajo številni pigmenti, zlasti pa zeleno barvilo klorofil. Tam se nahajata fotosistem 1 in 2.
Klorofili(zgrabda, lega v tilakoidni membrani) in njihova vloga v rastlinah.
Klorofili so ključni fotosintetski pigmenti pri rastlinah. Jih je več vrst, najpomembnejša sta klorofil a in b.
Klorofil A sestavljata porfirinski obroč v središču katerega je magnezijev ion. Absorbira svetlobo v modro-vijoličnem in rdečem delu spektra.
Klorofil B podobna zgradba kot klorofil a s porfirinskim obročom, a ima aldehidno skupino namesto metilne. Absorbira svetlobo v modrem in oranžnem delu spektra.
Klorofili so v tilakoidnih membranah organizirani v posebnih skupinah imenovanih fotosistemi.
PS2-Pretežno v granah tilakoid. Klorofil a in b + drugi pigmenti in beljakovine.
PS1-Pretežno v stromalnih tilakoidah. Klorofil a in manjša količina b +drugi pigmenti in beljakovine
Klorofili so asimilacijski pigmenti in sodelujejo pri absorpciji, prenosu in pretvorbi energije v fotosintetsko aktivnega sevanja za potrebe asimilacije CO2. Klorofil a je edini med fotosintetskimi barvili, ki lahko ob ekstritaciji odda elektron.
Dvojne vezi v klorofilu so razporejene tako, da alternirajo. Se premikajo, imamo oblak delokaliziranih elektronov, elektroni krožijo po obroču.
Karotenoidi (zgradba, lega v tilakoidni membrani) in njihova vloga v rastlinah
Tetraterpenoidi iz osmih izoprenooidnih enot.
Karoteni, dolge verige z več dvojnimi vezmi, ki omogočajo absorbcijo svetlobe.
Ksantofili, oksidacijski produkti karotenov, vsebujejo kisikove skupine.
Prisotni so v PS1 in PS2, kjer prispevajo k širjenju spektra svetlobe, ki jo rastlina lahko uporabi.
So sestavni del antenskih kompleksov, pomožni kolektorski pigmenti, energijo vodijo k klorofilu a.
delujejo kot zaščita pred fotooksidativnim stresom. Delujejo kot antioksidant in lahko odvajajo preseženo svetlobno energijo kot toploto.
V kromoplastih prispevajo tudi k barvi cvetov, plodov in listov in pomagajo pri privabljanju opraševalcev.
Zakaj je list zelen?
Klorofil a in b absorbirata svetlobo v modrovijoličnem in rdečem delu spektra, odbijata pa zeleni del spektra. Naše oko zazna odbito zeleno svetlobo, zato so listi za nas zeleni.
Za razumevanje svetlobnih reakcij fotosinteze so zasluženi raziskovalci pred drugo svetovno vojno. Kdo in kako so raziskali od kod izvira kisik, ki nastaja pri fotosintezi- ali iz vode ali ogljikovega dioksida
Van Niel je primerjal biokemijo organizmov, ki oddajajo kisik in fotosintetskih bakterij, ki ga ne.
Predlagal je, da je fotosinteza pri rastlinah ali algah analogna fotosintezi pri žveplovih bakterijah, vendar z vodo kot donatorjem elektronov namesto vodikovega sulfida. Predlagal je splošno enačbo fotosinteze: CO2+2H2A–>CH2O+2A+H2O, kjer je H2A donor elektronov. Predlagal je, da je kisik, ki se sprosti, produkt cepitve vode.
Robart Hill je izoliral kloroplaste in jim dodal umetne akceptorje elektronov(kalijev heksacianoferat) in jih izpostavil svetlobi. Kisik je nastajal brez prisotnosti CO2, torej je vir moral biti H2O
Kako so raziskovali kvantne izkoristke svetlobe?(koliko E in koliko klorofilnih molekul na 1 molekulo kisika, fotosintezna enota)
Emerson in Arnold sta uporabila kratke svetlobne bliske in osvetljevala suspenzijo alge Chlorella.
Merila sta količino kisika sproščeno med svetlobnimi bliski.
Poskus sta izvedla pri različnih intenzitetah svetlobe.
Odkrila sta, da je za sproščenje ene molekule kisika potrebno približno 8-10kvantov svetlobe(2400-2500 molekul klorofila). Torej fotosinteza ni posledica enega samega fotokemičnega dogodka ampak večjih zaporednih.
Ugotovila sta da svetloba deluje v kvantnih enotah(fotonih), pri čemer vsak foton vzburi eno molekulo klorofila.
Fotosintetska enota je sestavljena iz skupine približno 300klorofilnih molekul(2500:8)
Komentirajte enostavno formulo, ki opisuje fotosintezo
CO2+H20+svetloba–>CH2O+O2+H2O
Formula opisuje redoks reakcijo, pri kateri je voda donor elektronov, ogljikov dioksid se v končni fazi reducira v ogljikov hidrat. Kot stranski produkt se tvori kisik, zato procesu pravimo tudi oksigena fotosinteza.
Opiši organizacijo kolektorskega(antenskega) kompleksa za absorpcijo svetlobe(razporeditev in vloga barvil ter njihovo delovanje)
Kolektorski kompleks je del fotosistema, ki je specializiran za absorpcijo svetlobe in prenos energije do reakcijskega središča.
Sestavljajo ga klorofil a in pomožna barvila(klorofil b, karotenoidi, fikobilini-pri cianobakterijah in rdečih algah), ki so razporejena v proteinskih matriksih, ki omogočajo optimalno absorpcijo svetlobe in prenos energije. Če barvila niso v kompleksih ampak samostojno, niso sposobna takega prenosa energije in pride do fluorescence.
Klorofil a je odovoren za pretvorbo svetlobne energije v kemično.
Klorofil b prenaša enegijo na klorofil a in širi spekter svetlobe, ki ga rastlina lahko absorbira.
Karotenoidi prav tako širijo spekter, klorofile pa tudi ščitijo pred fotooksidacijskimi poškodbami.
Fikobilini omogočajo absorpcijo svetlobe v zelenem spektru, kjer klorofil niso učinkoviti.
Barvila v kolektorskem kompleksu vodijo energijo v reakcijski center in delujejo kor svetlobni zbiralnik. To se imenuje resonančni prenos.
Foton vzbudi elektron v pomožnem barvilu v višje energijsko stanje, to energijo potem prenese na sosednje molekule barvil, vse do reakcijskega centra.
Predstavi in razloži kako v kolektorskem(antenskem) sistemu za absorbcijo svetlobe poteka prenos energije(vzbujanje klorofila in prenos elektronov do reakcijskega centra…)
Barvila v antenskem kompleksu absorbirajo fotone svetlobe, ker vzburi elektrone v barvilih v višji energijski nivo.
Energija vzburjenega elektrona se nato z resonančnim prenosom prenaša z ene molekule barvila na drugo. Prenese se samo energija, ne dejanski elektroni(tega zmožen samo klorofil a). S prenosom se prvotno vzbujen pigment povrne v prvotno energijsko stanje.
Predstavi kakšna je razlika med antenskimi-kolektrosjikimi molekulami barvil in med barvili v reakcijskem centru?
Antenske molekule barvil so “sprejemniki” svetlobe. Energijo fotona prenesejo do reakcijskega centra preko resonančnega prenosa. Klorofil a in klorofil b, karotenoidi, fikobilini.
Barvila v reakcijskem centru so odgovorna za pretvorbo svetlobne energije v kemično. Glavno barvilo je klorofil a in sicer P680 v PS2 in P700 v PS1, poimenovana po valovni dolžini, ki jo najbolje absorbirata. Tu klorofil a prejme energijo od kolektorskega kompleksa, se vzbudi in odda elektron, kar sproži verigo prenosov elektronov. Izgubljene elektrone pridobi nazaj skozi fotolizo vode(PS2) ali preko verige prenosa elektonov iz PS2(PS1)
Naštej in opiši fotokemisjko pigmentno- proteinske komplekse v katerih poteka fotosinteza
PS2-proteinski kompleks, iz več podenot. v osrednjem delu sta membranska proteina, na katere se vežeta klorofil a reakcijskega centra P680 in pripadajoči elektronski kompleks in elektronski akceptor. Elektroni se prenašajo skozi verigo renosa elektronov in ustvarjajo proteinski gradient, ki poganja sintezo ATP. Na PS2 poteka tudi fotoliza vode, ki nadomesti oddane elektrone. Najdemo ga v grana
tilakoidah.
PS1-proeteinski kompleks v stroma tilakoidaj vsebuje reakcijski center P700 s klorofilom a, s pripadajočimi antenskimi kompleksi. Elektrone odda na elektronski akceptor in se prenašajo skozi verigo prenosa do NADP+ reduktaze, kar povzroči nastanek NADPH. Izgubljeni elektroni se nadomestijo z elektoni, ki prihajajo iz PS2 preko plastocianina.
Citokrom b6f- povezuje PS2 in PS1 ter prenaša elektone med njima, hkrati pa črpa protone v tilakoidni lumen. Proces elektronov poteka v kinonskem ciklu. 2e- in 2H+ se vežeta na plastokinon v PS2, nastane plastokinol in potujeta do citokroma. Tam se plastokinol oksidira nazaj v plastokinon. En od elektronov se prenese v PS1, drugi pa se vključi v ciklične procese kjer se plastokinon reducira v plastosemikinon in nastane popolnoma reducirana plastokinonska molekula, ki veže H+ in znova nastane plastokinol, ki se vključi v ciklične procese.
ATP-sintaza- s pomočjo energije protonskega gradienta sintetizira ATP iz ADP in fosfata. Protoni se skozi ATP-sintazo transportirajo nazaj v stromo, kar daje energijo za sintezo ATP
Naštej integralne membranske proteine v tilakoidni membrani, ki so pomembni za fotosintezo ter pojasni njihovo vlogo.
PS2-s pripadajočim svetlobnim žetvenim kompleksom, ki absorbira svetlobo in energijo vodi do reakcijskega centra, ki vsebuje klorofil a(P680), ki odda elektron plastokinonu. Vsebuje tudi kompleks, ki sodeluje pri fotosintezi vode, vsebuje MN, pri tem se sprošča kisik.
Plastokinon- mobilni prenašalec elektronov iz PS2 na citotokrom b6f, prenaša tudi protone iz strome v tilakoidni lumen
Citokrom b6f- vsebuje heme in železo-žveplov protein. Prenaša elektrone iz plastokinina na plastocianin in črpa protone iz strome v tilakoidni lumen.
Plastocianin-mobilni prenašalec elektonov iz citokroma na PS1
PS1-s pripadajočim svetlobnim žetvenim kompleksom, ki absorbira svetlobo in energijo prenaša do reakcijskega centra s klorofilom a (P700), ki odda elektrone feredoksinu
Feredoksin- mobilni prenašalec elektronov iz PS1 na NADP+ reduktazo
NADP+ reduktaza-reducira NADP+ v NADPH z uporabo elektonov, ki jih prenaša feredoksin
ATP sintaza- sintetizira ATP v ADPP in fosfat s pomočjo energije protonskega gradienta, ki je bil ustvarjen med prenosom elektronov.
Naštej in predstavi kemijske reakcije, ki vključujejo mehanizme transporta elektronov pri fotosintezi?
Fotoliza vode v PS2- voda se razgradi s pomočjo svetlobe(fotosliza), pri čemer nastanejo protoni, elektroni in kisik. Elektroni se prenesejo na klorofil P680
Vzburjanje klorofila P680 in prenos elektronov na plastokinon v PS2- klorofil P680 absorbira energijo in se vzbudi. Vzbujen elektron se prenese na plastokinon, ki se reducira v plastokinol
Prenos elektronov skozi citokrom b6F-plastokinol se oksidira in predaja elektrone plastocianinu, kar omogoča črpanje protonov iz strome v tilakoidni lumen.
Prenos elektronov na PS1- klorofil P700 absorbira energijo in se vzbudi. Elektroni se prenesejo na feredoksin, elektroni iz plastocianina pa regenerirajo P700
Ferefoksin na NADP+ reduktaza- feredoksin sprejeme elektrone iz PS1 in se reducira. Elektrone prenese na NADP+ reduktazo, ki reducira NADP+ v NADPH
ATP sintaza- protonski gradient ustvarjen med prenosom elektronov poganja protone skozi ATP sintazo, kar omogoča sintezo ATP iz ADP in anorganskega fosfata
Naštej in predstavi najpomembnejše vmesne prenašalce elektronov vključene v fotoelektronski transport in njihovo vlogo?
-Klorofili in kinoni:
*Pheo-feofitin- prvi akceptor elektronov v PS2, centralni Mg atom nadomestita dva vodikova atoma
*A0- najverjetneje poseben klorofil, ki je podoben Pheo, je prvi akceptor elektronov v PS1
*Plastokinon- prenaša elektrone iz PS2 v citokrom b6f intudi protone iz stomate v tilakoidni lumen
*A1-Filokinon- aceptor elektronov v PS1
-Citokrom b6f- prenaša elektrone med PS2 in PS1, hkrati pa črpa protone v tilakoidni lumen. Iz številnih podenot in prostetičnih skupin, vsebuje heme in železo-žveplove centre
-Plastocianin-mobilni prenašalec elektronov iz citokroma na PS1, vsebuje baker
-Fe-S proteini- akceptorji elektronov v PS1, membransko vezani feredoksini z železo-žveplovimi centri
-Feredoksin- prenos elektronov v PS1 na NADP+reduktazo
-Yz.donor elektronov PS2, vmesna substanca povezana s fotolizo vode
Predstavi neciklični-linerani fotoelektronski transport elektronov. Pojasni kakšna je njegova vloga
Proces fotosinteze, ki omogoča pretvorbo svetlobne energije v kemično v obliki ATP in NADPH. Ta energija se uporabi Calvinovem ciklu za sintezo OH. Proizvaja tudi kisik.
Klorofil P680 v reakcijskem centru PS2 absorbira foton in se vzbudi. Elektron se prenese na feofitin.
Da se izgubljeni elektron nadomesti poteka fotoliza vode na kisik, protone in elektrone.
Elektroni se iz feofitina prenašajo na plastokinon, ki se reducira v plasokinol. Prenašajo se tudi protoni iz stome v tilakoidni lumen.
Plastokinol prenaša elektrone na citokrom b6f, kar povzroči črpanje protonov v tilakoidni lumen.
Elektroni se nato prenašajo na plastocianin.
Klorofil P700 v reakcijskem centru PS1 absorbira foton in se vzbudi. Elektron se prenese na primarni akceptor A0 in nato na feredoksin.
Izgubljene elektrone nadomestijo te, ki jih prenaša plastocianin- Feredoksin prenaša elektrone na NADP+ reduktazo, ki reducira NADP+ v NADPH.
Protonski gradient, ki nastane med prenosom elektonov uporabi ATP sintaza za sintezo ATP.
ATP zagotavlja energijo NADPH pa redukcijsko moč za sintezo organskih molekul.
Predstavi ciklični-nelinerani fotoelektronski transport elektronov. Pojasni kakšna je njegova vloga.
V PS1, omogoča dodatno proizvodnjo ATP brez sinteze NADPH, ne nastaja kisik.
V PS1 se absorbira foton in vzbudi klorofil a P700, ta odda elektron feredoksinu.
Namesto, da bi se elektron prenesel na NADP+ potuje v citokrom b6f-Tu se s prenosom elektrona na plastokinon črpajo protoni v tilakoidni lumen.
Plastokinon prenese e- na plastocianin, ta pa nazaj na PS1 in lahko se začne nov cikel.
Ta proces je ključen za uravnoteženje potreb po ATP in NADPH v Calvinovem ciklu. V pogojih visoke svetobe zmanjša obremenitev linearnega prenosa elektronov kar ščiti pred fotooksidativnim stresom.
Predstavi psevdociklični fotoelektronski transport elektronov. Pojasni kakšna je njegova vloga.
Mehlerjeva reakcija- igra ključno vlogo pri uravnavanju enegrijskega in redoks ravnotežja, pri proizvodnji ATP ter zaščiti fotosintetičnega aparata pred oksidativnimi poškodbami. Poteka ko je ves NADP+ reduciran.
Elektroni se vzburjenega P700 v PS1 ne prenesejo na NADP+ ampak na kisik, ki se sprošča ob cepitvi vode.
Pri tem nastane superoksidni anion, ki se dismutira v vodikov peroksid in kisik z encimom superoksid dismutazo.
Vodikov peroksid se lahko nato pretvori v vodo in kisik.
Proces prispeva k črpanju protonov v tilakoidni lumen, kar omogoča sintezo ATP.
