Fotosyntesen

Question 1

Hvor er klorofyllet bundet hos prokaryote organismer?

Answer 1

Klorofyllet er bundet til cellemembranen hos prokaryote organismer.

Question 2

Hvor er klorofyllet bundet hos eukaryote organismer?

Answer 2

Hos eukaryote organismer, som planter, er klorofyllet samlet i egne organeller, kloroplaster.

Question 3

Hvilke organismer producerar mer enn halvparten av jordas fotosyntese?

Answer 3

De vannlevende protistene.

Question 4

Hvordan foregår kretsløpet hvor solenergi er drivkraften?

Answer 4

Fotosyntesen legger grunnlaget for et enormt antall heterotrofe organismer som lever av de forbindelsene produsentene lager. Produsentene har sola som energikilde og CO2 som karbonkilde. De heterotrofe organismene bruker de organiske forbindelsene fra fotosyntesen som energikilde og karbonkilde, og de frigir CO2 som et avfallsprodukt når de orgnaiske forbindelsene brytes ned i celleåndingen. Dette utgjør et balansert kretsløp hvor solenergien er drivkraften.

Question 5

Gi en enkel reaksjonsligning for fotosyntesen.

Answer 5

6 H2O + 6 CO2 + solenergi –> C6H12O6 + 6 O2

Produsentene omdanner solenergi til kjemisk energi ved hjelp av pigmenter som klorofyll, det blir tatt opp CO2 og H2O. Glukose og oksygen blir dannet.

Question 6

Hvilke tre ting kan skje når sollyset treffer et blad?

Answer 6

Lyset kan bli absorbert, reflektert eller transmittert.

Question 7

Nevn eksempler på andre pigmenter enn klorofyll, og hvilke farger de reflekterer.

Answer 7

Karoten - gult, rødt, oransje
Xantofyll - brunt
Fykocyanin - blålilla

Question 8

Hva skjer med bladene om høsten?

Answer 8

Om høsten blir det grønne klorofyllet omdannet til et brunt fargestoff, faeofytin, som planten lagrer i stengel og rot. Dette lagrer planten i stengel og rot. Når planten trenger faeofytinet bort fra bladene kan vi se de gule, oransje og røde fargestoffene, som vanligvis er usynlige for da er de dekket av grønt klorofyll.

Question 9

Hva er heliotropisme og fototropisme?

Answer 9

Heliotropisme er når plantene vender bladene etter som sola beveger seg i løpet av dagen.

Fototropisme er når planten vokser mot lyset.

Question 10

Forklar kort hva en kloroplast inneholder og hvilken funksjon den har.

Answer 10

Kloroplastene er stedet der selve fotosyntesen foregår. Der blir energien i sollys pluss vann og karbondioksid, omdannet til glukose og oksygengass. Kloroplastene virker en viss tid før de går til grunne (det blir hele tiden produsert nye kloroplaster).

Kloroplastene inneholder sitt eget arvestoff og kan til en viss grad styre kopieringen av seg selv. (Prosessen blir overordnet kontrollert av arvestoffet i cellekjernen, for å unngå for mange eller for få kloroplaster.)

Kloroplastene har doble yttermembraner rundt det væskefylte rommet kalt stroma. I stroma ligger det stabler av blærefylte sekker, kalt grana. En stabel kalles et granum, flere stabler grana.

En blæreformet sekk kalles en tylakoid. Det er en membrandekket sekk med væske. Membranen kalles tylakoidmembranen og delreaksjonene i fotosyntesen foregår både i tylakoidmembranen og i stroma. Pigmentene ligger i tylakoidmembranen. Væsken i granum og stroma består av enzymer som katalyserer reaksjonene i fotosyntesen. Raske reaksjoner ved lave temperaturer.

Question 11

Hvor ligger pigmentene?

Answer 11

I tylakoidmembranen.

Question 12

Hvor foregår delreaksjonene i fotosyntesen?

Answer 12

I strome og i tylakoidmembranen.

Question 13

Hva går endosymbiont-teorien ut på?

Answer 13

Kloroplaster har mange likhetstrekk med fotosyntetiserende bakterier. En professor kom i 1970-årene med en teori om at kloroplastene opprinnelig kommer fra blågrønnbakterier som ble tatt opp av eukaryote celler (med cellekjerne). Fusjonen resulterte i en mutualistisk symbiose.

Question 14

Hva er et antennekompleks?

Answer 14

Et antennekompleks er en gruppe av samarbeidende molekyler. I fotosyntesen samarbeider pigmenter, proteiner og enzymer i tylakoidmembranen om å fange flest mulige bølgelengder slik at man får mest mulig sollys og kan ta opp mest mulig energi, slik at man får en effektiv fotosyntese.

Question 15

Hva menes med at atomet er eksitert?

Answer 15

Når sollyset treffer elektroner i atomene i pigmentene, kan energien gjøre at noen av elektronene hopper fra sin naturlige bane til en annen bane som ligger lenger ut fra kjernen. Eksiterte atomer er brakt til en høyere energitilstand, og er energirike.

Question 16

Hva kan skje med de eksiterte elektronene, iom at de er svært ustabile?

Answer 16

De eksiterte elektronene kan ikke være i denne posisjonen over lang tid, og de kan da enten falle tilbake til sin opprinnelige bane, og frigi energi.

Eller så kan de la seg fange av et annet atom/molekyl, en elektronakseptor som trekker det til seg. Eksiterte elektroner i pigmentene blir overført til klorofyllet, som da er en elektronakseptor.

Question 17

Hvordan fungerer forholdet mellom en elektronakseptor og en elektrondonor?

Answer 17

Når klorofyllmolekylet får tilført energi fra andre pigmenter i antennekomplekset, blir klorofyllatomene eksitert. De eksiterte elerktronene blir tatt fra klorofyllet (som da er en elektrondonor) og fanget av et protein som trekker elektronene til seg (en elektronakseptor). I neste omgang vil et annet protein ta elektroner fra det første proteinet og det vil da gå fra å være en elektronakseptor til å bli en elektrondonor. Dette blir en elektrontransportkjede.

Question 18

Hva består et fotosystem av?

Answer 18

Et fotosystem består av et antennekompleks (med proteiner, pigmenter og enzymer) pluss en elektrontransportkjede.

Et fotosystem er altså et område i tylakoidmembranen der solenergien blir fanget og gjør at elektroner i pigmenter blir eksitert og deretter sendt videre gjennom en elektrontransportkjede av proteiner. Hver kloroplast har hundrevis av slike områder i hvert granum.

Question 19

Forklar kort hva som skjer i fotosystem II.

Answer 19

I fotosystem II gjør solenergi at klorofyll gir fra seg eksiterte elektroner til elektrontransportkjeden. Vann blir spaltet (for å nøytralisere klorofyll), og det dannes oksygengass. En spenningsforskjell mellom utsiden og innsiden av tylakoidmembranen utgjør en protongradient som kan brukes til å danne ATP.

Question 20

Forklar steg for steg hva som skjer i fotosystem II.

Answer 20

1. Solenergi gjør at klorofyll blir eksitert
2. Klorofyll gir fra seg 2e-
3. Vann spaltes i 2e- (til klorofyll), H+ (i tylakoid) og oksygengass
4. Oksygengassen diffunderer ut i lufta
5. Elektroner fra klorofyll overføres fra protein til protein i elektrontransportkjeden i tylakoidmembranen, energi blir brukt
6. Stort overskudd av H+ inne i tylakoiden gir en potensiell energi som blir brukt til å slippe H+ ut gjennom tylakoidmembranen og lage ATP

Question 21

Hva er forskjellen mellom fotosystem II og fotosystem I?

Answer 21

Fotosystem 1 og fotosystem II er begge en samling av spesielle proteiner, klorofyll og andre pigmenter i området på tylakoidmembranen. Fotosystemene er aktive i den lysavhenigige delen av fotosyntesen. Forskjellen mellom de to går på hvordan klorofyllet erstatter elektronene som det gir fra seg i den eksiterte tilstanden, om effekten av elektrontransportkjedene og om hvordan elektronet blir brukt i enden av kjedene. I fotosystem II ender man opp med det energibærende molekylet ATP, i fotosystem I ender man opp med NADPH.

I motsetning til i fotosystem II, får ikke klorofyllmolekylet som har gitt fra seg to eksiterte elektroner erstattet disse ved å spalte et vannmolekyl. Klorofyllmolekylet får i steden donert to elektroner fra det siste proteinet i elektrontransportkjeden i fotosystem II.

Fotosystem II:
Elektronene blir erstattet ved at et vannmolekyl blir spaltet. Man får to H+, 1/2 oksygenmolekyl og to elektroner.
H2O –> 2H+ + 1/2 O + 2e-

Elektrontransportkjeden fungerer som protonpumper. Energien blir brukt til å flytte protoner til innsiden av granum. Dette resulterer i en protongradient som i neste omgang blir brukt til å drive reaksjonen ADP + P –> ATP (som er en effekt av FS II). I slutten av elektrontransportkjeden blir elektronene brukt til å erstatte elektroner i klorofyllet i FS I.

Fotosystem I:
Her blir elektronene erstattet av elektroner som kommer fra elektrontransportkjeden i FS II. Ingen spalting av vann. Elektrontransportkjeden fører elektronene frem til et enzym som bruker energien til å redusere NADP og binde protoner.
NADP + e- + H+ –> NADPH

NADPH blir da både en energibærer og en hydrogenbærer til reaksjonene i calvinsyklusen.

Question 22

Hva er vannets direkte rolle i fotosystem II?

Answer 22

Solenergien eksiterer klorofyll slik at det gir fra seg elektroner til en elektrontransportkjede. Dette må erstattes, og det skjer ved at det blir tatt elektroner fra vannmolekylet, som da blir til oksygenmolekyl og proton (H+). Oksygenet er et biprodukt av lysreaksjonen og blir ikke brukt videre i fotosyntesen. Elektronene, derimot, er involvert i energiovergangen fra lysenergi til energi i form av ATP, som er forutsetningen for prosessene videre i fotosyntesen.

Question 23

Hvorfor er NADPH viktig fotosyntesen?

Answer 23

NADPH fungerer som en kofaktor i dehydrogenaseenzymer, enzymer som er viktige når molekyler skal ta opp eller gi fra seg hydrogenion og elektroner. I praksis fungerer NADPH som energibærer og hydrogenbærer mellom lysuavhengig og lysavhengig reaksjon. NADH har en liknende funksjon i celleåndingen.

Question 24

Kort sagt, hva skjer i den lysuavhengige reaksjonen?

Answer 24

Energi fra ATP og NADPH blir brukt i delreaksjoner hvor CO2 og H2O danner glukose.

Question 25

Rubisco er kalt verdens viktigste protein. Forklar hvorfor.

Answer 25

Enzymet Rubisco finnes i kloroplastenes innerste rom, stroma. Enzymet katalyserer det første trinnet i den lyuavhengige reaksjonen (den første delreaksjonen), altså det første trinnet i Calvin-syklusen. Denne første delreaksjonen er en karbonfiksering. Calvin-syklusen starter med et organisk stoff som inneholder 5 karboner. Dette stoffet blir bundet til CO2 slik at det dannes et molekyl med 6 karboner. Rubisco katalyserer denne reaksjonen.

Det som gjør enzymet rubisco så viktig er at det benytter karbon fra et uorgansik molekyl, CO2, til å danne et orgnaisk molekyl. Stoffet som blir dannet tilføres energi og kan omdannes til glukose. På denne måten danner den lysuavhengige reaksjonen energirike organiske molekyler. Planten kan som sagt bygge organiske stoffer med utgangspunkt i karbon fra den abiotiske delen av økosystemet. På denne måten danner Rubisco en kobling mellom karbon i den abiotiske og den biotiske delen av økosystemet.

Question 26

Hvordan foregår calvin-syklusen?

Answer 26

Det første enzymet som deltar er rubisco (ribulose-bifosfat-karboksylase). Spalteåpninger i underhuden til bladene åpnes og lukkes slik at CO2 kan slippe inn. Dette karbondioksidet går inn i en lysuavhengig syklisk reaksjon der CO2 og H2O blir tatt opp gjennom flere runder og glukose blir sluttprodukt.

1. tre molekyler rubulose - 1,5-bifosfat (5C) binder seg til hvert sitt CO2-molekyl (1C) og vann. Rubisco er katalysator.
2. det blir dannet tre molekyler av en ustabil sekskarbonforbindelse (6C)
3. sekskarbonforbindelsene blir spaltet i seks molekyler med tre karboner hver (3C)
4. trekarbonforbindelsene blir bygd om til andre trekarbonforbindelser, og energien fra ATP og NADPH blir brukt til å flytte på atomer. 1 av de 6 trekarbonforbindelsene går ut av syklusen, og de fem andre fortsetter
5. de fem trekarbonforbindelsene blir bygd om gjennom flere delreaksjoner der H2O og ATP blir brukt
6. de fem trekarbonforbindelsene blir omdannet til tre molekyler med ribulose-1,5-bifosfat (5C)

Syklusen gjentar seg. Trekarbonforbindelsen som forlot syklusen kan binde seg til enda en trekarbonforbindelse etter en runde til, og danne glukose C6H12O6.

3 CO2 + 5 H2O + 9 ATP + 6 NADPH –> 3C-forbindelse + 9 ADP + 6 NADP+

Question 27

Hvorfor kan man ikke bare tilføre så mye CO2 man ønsker i f.eks. et drivhus for at plantene skal drive mer fotosyntese?

Answer 27

I den lysuavhengige delen av fotosyntesen blir CO2 brukt til å bygge glukosemolekyler. I et drivhus kan økt CO2 til en viss grad øke produksjonen, men når alle kloroplastene arbeider maksimalt kan ikke mer CO2 få aktiviteten til å øke, og ved en konsentrasjon på 0,5 % virker gassen som en gift.

Question 28

Hva er faren i forhold til fotosyntese dersom temperaturen øker i stor grad?

Answer 28

Alle enzymer virker best ved den optimale temperaturen. Denne varierer fra art til art. Plantenes enzymer er tilpasset en optimal temperatur, og dersom temperaturen øker mye kan enzymene bli denaturert.

Question 29

Hvorfor er lyskvaliteten viktig?

Answer 29

For å få klorofyllmolekylene til å bli eksitert. Uten dette kommer ikke fotosystem II i gang. F.eks. i gartnerier er det lysrør som bare gir rødoransje lys, fordi klorofyll utnytter dette lyset så godt.

Question 30

Hva kan skje dersom planten får lite tilførsel av vann?

Answer 30

Vann inngår både i den lysavhengige og den lysuavhengige delen av fotosyntesen. Men vannmangel er sjelden alene en minimumsfaktor for produksjon.

Planter på tørre steder lukker spalteåpningene for å unngå at vann fordamper fra bladene, men da blir samtidig CO2 hindret i å komme inn gjennom spalteåpningene. CO2 blir minimumsfaktoren og fotosyntesen stopper opp.