Växtfysiologi fortbildningscentralen hösten 2005



Yüklə 453 b.
tarix20.01.2018
ölçüsü453 b.


VÄXTFYSIOLOGI


Kurslitteratur

  • Biology of Plants

    • Raven PH, Evert RF och Eichhorn SE
    • WH Freeman 1998/2003 (6e eller 7e upplagan)
    • Kap. 2-4, 6-7, 29-31


Tenttillfällen

  • Tentamensdatum:

  • (v. 43 27.10), v. 45 10.11, v. 47 24.11, (v. 49 8.12)

  • Torsdagar kl. 18.00 - 22



Innehåll

  • Växtcellen

  • Växtcellens delar, organeller

  • Cellmembranens byggnad och funktion

  • Respiration

  • Fotosyntes

  • Yttre faktorer och tillväxt

  • Näringsämnen

  • Transport av vatten och näringsämnen i växten



1. Växtcellen

  • Växten är uppbyggd av kemiska beståndsdelar

  • De viktigaste: kol, C; väte, H; kväve, N; syre, O; fosfor, P; svavel, S

  • Cellerna uppbyggda av olika kemiska komponenter

  • Endel små, H2O (molekyler) och K+ (joner), medan andra stora, t.ex. kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror



1. Växtcellen forts.

  • Organiska molekyler

  • Kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror

  • Kolhydrater (socker):

  • monosackarider, disackarider och polysackarider

  • Dessa har alla olika funktioner



1. Växtcellen forts.

  • Monosackarider fungerar som byggnadsmaterial och energikälla

  • Hydrofila => löser sig lätt i vatten

  • Biologiskt viktiga monosackarider:

  • - glyceraldehyd (C3H6O3)

  • - ribos (C5H10O5)

  • - glukos (C6H12O6)



1. Växtcellen forts.

  • Olika sockerarter transporteras ofta i växten som disackarider

  • T.ex. sackaros från fotosyntetiserande celler

  • När disackarider spjälks upp i monosackarider frigörs energi => hydrolys

  • Polysackarider består av många monosackarider som är sammankopplade, t.ex. stärkelse och cellulosa



1. Växtcellen forts.

  • Polysackarider lagras i form av stärkelse i växterna

  • Stärkelsen bryts ned då mono- eller disackarider behövs för tillväxt och/eller utveckling

  • Viktigt byggnadsmaterial, växtens cellvägg är i huvudsak uppbyggd av polysackariden cellulosa



1. Växtcellen forts.

  • Skillnad mellan stärkelse och cellulosa:

  • => alfa-glukos och beta-glukos

  • Monosackarider: byggstenar och energikällor

  • Disackarider: sockertransport inom växten

  • Polysackarider: energilagring och byggnadsmaterial



1. Växtcellen forts.

  • Lipider:

  • Fetter och oljor, triglycerider

  • Opolära, hydrofoba => olösliga i vatten

  • Fungerar som energilagrande molekyler

  • Mättade och omättade fetter

  • De flesta växtfetter är omättade



1. Växtcellen forts.

  • Fosfolipider bygger upp cellmembranen



1. Växtcellen forts.

  • Vaxbildande lipider: kutin och suberin

  • Bildar barriärer som förhindrar vattenavdunstning från växten

  • Kutikulan skyddar de yttersta cellskikten på stammar och blad

  • Steroider/steroler är lipider som också förekommer i växtceller



1. Växtcellen forts.

  • Proteiner:

  • I de flesta organismer består torrvikten till 50% av proteiner

  • Består av aminosyror ordnade i en lineär sekvens

  • Alla aminosyror består av en aminogrupp

  • (-NH2), en karboxylgrupp (-COOH) och en väteatom bunden till en kolatom



1. Växtcellen forts.

  • Alla aminosyror har dessutom en R-grupp som bestämmer vilken aminosyra det är fråga om

  • 20 olika aminosyror ingår i proteiner

  • Aminosyrorna binds samman med peptidbindningar och bildar en polypeptid



1. Växtcellen forts.

  • Protein har olika strukturer:

  • Primärstruktur

  • Sekundärstruktur (alfa-helix, beta-sheet)

  • Tertiärstruktur

  • Kvaternärstruktur



1. Växtcellen forts.

  • Protein kan brytas ned av t.ex. hög temperatur eller förändringar i pH => denaturering

  • Enzymer är proteiner som fungerar som katalysatorer

  • Möjliggör snabba reaktioner vid relativt låga temperaturer



1. Växtcellen forts.

  • Nukleinsyror:

  • Består av en fosfatdel, socker och bas

  • Sockerdelen kan vara ribos eller deoxiribos

  • Ribonukleinsyra (RNA) och deoxiribonukleinsyra (DNA)

  • Energin som behövs för de flesta reaktioner i cellen fås från ATP (adenosintriphosphate)



1. Växtcellen forts.

  • Vid hydrolys av ATP erhålls energi + ADP (adenosin diphosphate)



1. Växtcellen forts.

  • Sekundära metaboliter:

  • Alkaloider

  • Terpenoider

  • Fenoler

  • Ex. nikotin, tanniner, gummi, morfin

  • Många har viktig kommerciell eller medicinsk användning



1. Växtcellen forts.

  • Frågor:

  • Varför lagras energi i form av stärkelse?

  • I vilka strukturer förekommer proteiner?

  • Vad händer när ett protein denatureras?

  • Vilken fördel är det för växten att lagra energi i form av fetter istället för kolhydrater?



2. Växtcellens delar, organeller

  • Celler är livsviktiga komponenter

  • De minsta organismerna består av en cell, de största av flera miljarder

  • Robert Hooke – cellen, små rum

  • Cell teorin:

  • Alla organismer består av celler

  • Alla kemiska reaktioner sker i cellerna

  • Celler uppstår från andra celler

  • Cellerna innehåller arvsanlagen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Prokaryota och eukaryota celler

  • Alla celler har en yttre membran (plasmamembran) och innehåller det genetiska materialet

  • Prokaryota celler:

  • Genetiska materialet består av en stor rund molekyl av DNA => kromosom

  • Saknar egentlig kärna => nukleoid



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Eukaryota celler:

  • DNA lineärt och bundet med speciella proteiner, histoner, formar kromosomer

  • Finns i kärna med dubbla membraner, nukleus

  • Övriga komponenter i cellen befinner sig i cytoplasman

  • Olika delar med olika funktioner



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Prokaryota cellers plasmamembran omges av en cellvägg

  • Eukaryota celler (växter) har cellvägg av cellulosa



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cell från majsplanta med cellvägg, kärna och tydliga kloroplaster



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • VÄXTCELLEN

  • Består av cellvägg och protoplast

  • Protoplasten består av cellens cytoplasma och kärnan (nukleus)

  • Cytoplasman innehåller cellorganellerna

  • Cytosol = ”vätskan” mellan organellerna



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Växtceller har vätskefyllda blåsor, vakuoler

  • Vakuolerna stöds av en enkel membran, tonoplast

  • Cytoplasman är i rörelse, cytoplasmisk strömning (cyclosis), underlättar utbyte av material inom cellen och med omgivningen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Växtcellens komponenter

  • Cellväggen mellanlager

  • primär vägg

  • sekundär vägg

  • plasmodesmata

  • Protoplasten Kärnan kärnmembraner

  • nukleoplasma

  • kromatin

  • nukleol



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cytoplasman plasmamembran

  • cytosol

  • Organeller med dubbla membraner:

  • plastider

  • mitokondrier

  • Organeller med enkel membran:

  • peroxisomer

  • vakuoler

  • endoplasmiskt nätverk (retikulum)

  • Golgiapparaten

  • blåsor

  • Cytoskelett (mikrotubuli, aktin filament)

  • ribosomer

  • oljedroppar



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cellkärnan

  • Två viktiga uppgifter:

  • Kontrollerar pågående funktioner i cellen (t.ex. protein som bildas)

  • För vidare den genetiska informationen vid celldelning

  • Har dubbel membran med porer för transport mellan kärnan och cytoplasman



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Kromatin i kärnan, uppbyggt av DNA och proteiner

  • Vid celldelning ses kromatinet som enskilda kromosomer

  • Olika antal kromosomer hos olika organismer, ex. backtrav (Arabidopsis thaliana) 10, vete (Triticum vulgare) 42

  • Gameterna (könscellerna) haploida

  • Somatiska cellerna diploida



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Plasmamembranen

  • Består av tre lager

  • Har många viktiga uppgifter:

  • Ex. möjliggör transport av ämnen in och ut ur cellen, kontrollerar bildningen av cellulosa för cellväggen, för vidare signaler till cellen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Kloroplaster, plastider

  • Karakteristiska för växtcellen

  • Består av ett system av inre membraner, thylakoider

  • Olika typer av plastider: kloroplaster, kromoplaster, leukoplaster

  • Plastiderna är indelade enligt vilka pigment de innehåller



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Kloroplaster innehåller klorofyll och karotenoid pigment

  • Finns inbäddade i thylakoidmembranerna och absorberar ljus som driver fotosyntesen

  • Kloroplasterna kan ”flytta” på sig i cellen beroende på ljuset

  • Kromoplaster: pigmenterade plastider av olika storlek



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Saknar klorofyll

  • Syntetiserar karotenoider som ger gul, orange eller röd färg åt många blommor, löv, vissa frukter och rötter (t.ex. morot)

  • Leucoplaster: saknar pigment och inre membraner

  • Kan bilda stärkelse och andra substanser



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Plastider innehåller eget DNA och ribosomer



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Mitokondrier

  • Har dubbla yttre membraner och en veckad inre membran, cristae

  • Mindre än plastider

  • Cellandningen sker i mitokondrierna

  • 100-1000-tals mitokondrier/växtcell, beroende på behovet av energi (ATP)



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Semiautonoma på samma sätt som plastiderna

  • Teorier om att mitokondrier och kloroplaster uppstått från bakterier



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Peroxisomer, vakuoler, oljedroppar

  • Peroxisomer: sfäriska organeller med enkel membran

  • Förekommer nära mitokondrier och kloroplaster, viktiga i samband med fotorespirationen

  • Typ av peroxisomer, glyoxysomer, innehåller viktiga enzymer



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Vakuoler: membranomgivna regioner i cellen som är fyllda med cellsaft

  • Cellsaften består främst av vatten och andra ämnen beroende på växten

  • Små vakuoler kan gå samman och bilda en stor

  • 90 % av cellens volym kan upptas av vakuolen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Ger stadga åt cellen och är viktiga förvaringsplatser

  • Lagrar olika pigment, antocyaniner, ger färg åt t.ex. olika grönsaker

  • Avlägsnar skadliga ämnen, bryter ned och återvinner



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Oljedroppar: fettdroppar i cellen

  • Förekommer i alla växtceller, speciellt i olika frukter och sädesslag

  • Kan utgöra upp till 45 % av cellvikten hos t.ex. jordnötter och solrosor



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Ribosomer, endoplasmatiskt nätverk, Golgikomplexet

  • Ribosomer: små partiklar med stora mängder proteiner och RNA

  • Består av en liten och en stor subenhet

  • Proteinsyntesen sker i ribosomerna => aminosyror kopplas samman och bildar protein



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Flera ribosomer som deltar i proteinsyntesen kallas polysom

  • Endoplasmatiskt retikulum (nätverk), ER, är ett tredimensionellt membransystem

  • Två typer: strävt (rough) ER (rER)

  • slätt (smooth) ER (sER)



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Båda typerna förekommer inom samma cell och är sammankopplade

  • Fungerar som ett kommunikationssystem i cellen => förmedlar proteiner och lipider till olika delar av cellen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Golgi-komplexet (apparaten): alla Golgi- kroppar i cellen

  • Membransystem med ”bildande” del, cis-Golgi och ”avgivande” del, trans-Golgi

  • Vesikler (blåsor) med olika ämnen sorteras, får en kod och skickas vidare

  • Ämnen utsöndras ur cellen via blåsor, exocytos



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Endomembrana systemet utgörs av ER och Golgi-komplexet



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cytoskelettet

  • Nätverk av proteinfilament hos eukaryota celler

  • Medverkar vid många viktiga processer i cellen

  • Hos växtceller två huvudtyper:

  • Mikrotubuli

  • Aktinfilament



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Mikrotubuli: långa, tunna, cylinderformade

  • Uppbyggt av proteinet tubulin

  • Polär struktur med plus och minus ända

  • Många funktioner: stödjer tillväxt

  • viktiga i flageller



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Aktinfilament (mikrofilament): polära strukturer med skild plus och minus ända

  • Består av proteinet aktin

  • Många funktioner:

  • uppbyggnad av cellväggen

  • förflyttning av organeller

  • organisering av ER



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cytoskelettet



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cellväggen

  • Viktigaste delen som skiljer växtcellen från djurcellen

  • Ger stadga och förhindrar att cellen spricker vid vattenupptagning

  • Begränsar cellens storlek och ger form åt cellen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Spelar en viktig roll vid upptagning, transport och utsöndring av ämnen

  • Består i huvudsak av cellulosa

  • Nätverk av korsade molekyler, polysackarider som hemicellulosa och pektin

  • Hemicellulosamolekylerna gör cellen mera flexibel

  • Pektin bidrar till att hålla ihop cellväggen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Cellväggen



2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Övriga beståndsdelar: t.ex. glykoproteiner, enzymer och lignin (vedämne, ger styrka)

  • Primär och sekundär cellvägg

  • Plasmodesmata: sammankopplar celler

  • Möjliggör transport av speciella ämnen mellan olika celler





2. Växtcellens delar, organeller forts.

  • Frågor:

  • Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan växt- och djurceller?

  • Cellvakuolens uppgifter?

  • Cellväggens uppbyggnad och funktion?

  • Orsakerna till lövträdens ”höstfärger”



3. Cellmembranens byggnad och funktion

  • Viktig funktion

  • Reglerar in- och uttransport i cellen

  • Semipermeabel

  • Endel molekyler passerar lätt, t.ex. O2, CO2 och H2O

  • Socker, aminosyror kräver transportprotein för att kunna passera



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Består av flera lager

  • Två huvudtyper av lipider i växtcellers membraner:

  • Fosfolipider

  • Steroler

  • 40-50 % lipider

  • 60-50 % proteiner



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Proteiner i cellmembranen



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Vattentransport

  • De flesta celler omges av vatten

  • De viktigaste molekylerna är lösta i vatten

  • Vatten rör sig från ett ställe till ett annat beroende på skillnader i vattenpotentialen,

  • Ψ (psi) = hydrostatiska + osmotiska trycket

  • Från högre till lägre koncentration



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Bestäms av gravitationen, trycket och koncentrationen av lösta partiklar

  • Om koncentrationen av lösta partiklar i vattnet ökar minskar vattenpotentialen

  • Diffusion

  • Från en högre till en lägre koncentration tills jämvikt uppstår



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • CO2 och O2 opolära => löser sig i lipidlagret

  • Koncentrationsgradient



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Osmos

  • Vatten genom en semipermeabel membran

  • Isotona, hypotona och hypertona lösningar

  • Turgortryck i växtceller

  • Uppstår p.g.a. osmos och uppehålls när cellerna finns i en hypoton miljö

  • Om cellerna placeras i en hyperton lösning skrumpnar de ihop => plasmolys



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Plasmolys



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Jonupptagning

  • De flesta substanser är polära och behöver transportprotein för att ta sig igenom en membran

  • Transporten av joner kan vara passiv eller aktiv



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Passiv jonupptagning

  • Enkel diffusion eller med ett transportprotein

  • Två typer av transportprotein:

  • ”bärare” – koppling till ett protein i cellmembranen, medelsnabb transport

  • ”kanalprotein” – bildar vattenfyllda porer genom cellmembraner



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Bärarprotein => uniport, synport eller antiport



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Aktiv jonupptagning

  • Energikrävande process (ATP)

  • Sker mot en koncentrations gradient

  • Stimuleras av livlig cellmetabolism

  • Transportprotein:

  • ”pumpar” – drivs av kemisk energi (ATP) eller ljusenergi, långsam transport



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Jonerna transporteras med olika hastigheter:

  • pumpar 500 /sekund

  • bärare 500-10 000 /sekund

  • kanalprotein 10 000-flera milj. /sekund



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Transport med ”blåsor”

  • Stora molekyler (proteiner, polysackarider) eller stora partiklar (mikroorganismer)

  • Transporteras i ”blåsor” som avges från membranen eller smälter samman med den

  • Exocytos => avges från cellen



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Endocytos => in i cellen

  • Fagocytos – cellen äter

  • Pinocytos – cellen dricker

  • Receptormedierad endocytos – binder till ett receptorprotein



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Cell-cell kommunikation

  • celler – vävnader – organ

  • Viktigt med fungerande kommunikation – signalmolekyler

  • Reception – Transduktion - Induktion



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Plasmodesmata

  • Effektiv transportväg mellan celler

  • T.ex. växtvirus kan spridas från cell till cell



3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

  • Frågor:

  • Vattenpotentialens betydelse

  • Förklara begreppet plasmolys

  • Skillnaden mellan isotona, hypotona och hypertona lösningar

  • Skillnaden mellan aktiv och passiv transport

  • Förklara begreppet turgortryck



4. Respiration

  • Både växt- och djurceller använder ”födomolekyler” som byggnadsmaterial vid celltillväxt och reparation och som energikälla

  • Växtceller producerar själva sina ”födomolekyler” genom fotosyntesen



4. Respiration forts.

  • För att en växtcell skall kunna syntetisera olika föreningar (t.ex. proteiner, lipider, nukleinsyror) krävs energi

  • ATP är den viktigaste energikällan hos alla levande organismer

  • Denna energi fås genom att förbränna en del av de bildade kolhydraterna i fotosyntesen

  • => RESPIRATION



4. Respiration forts.

  • Respirationen är fotosyntesens motsats, energirika föreningar bryts ner till allt mindre molekyler – ATP bildas



4. Respiration forts.

  • Oxidation av glukos

  • Glukosmolekylen splittras i mindre delar

  • Respirationen indelas i fyra stadier:

  • Glykolysen

  • Krebs cykel

  • Elektrontransportkedjan

  • Oxidativ fosforylering



4. Respiration forts.

  • I glykolysen bryts den 6-kolvärda glukos molekylen ner till två 3-kolvärda pyruvat molekyler

  • I Krebs cykel bryts pyruvatmolekylerna ner till CO2

  • Elektronerna som frigörs går igenom elektrontransportkedjan



4. Respiration forts.

  • Vid oxidativ fosforylering används den frigjorda energin till att bilda ATP från ADP och fosfat



4. Respiration forts.

  • Glykoloysen

  • Uppspjälkning av glukos, 6-kolvärd glukos => 2 st. 3-kolvärda pyruvatmolekyler

  • Utförs i 10 steg, alla steg katalyserade av ett specifikt enzym

  • Anaerobisk process i cytosolen

  • ATP och NADH = cellens energivinst i glykolysen



Glykolysens 10 steg:



Glykolysen



4. Respiration forts.

  • Glukos + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi =>

  • 2 pyruvat + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

  • Pyruvat viktig molekyl

  • Tillgången till syre viktig: pyruvat oxideras till CO2 + mera ATP än i glykoloysen

  • Sker i mitokondrierna



4. Respiration forts.

  • Matrix och cristae i mitokondrierna

  • Molekyler som pyruvat, ADP och ATP kan passera mellan membranerna



4. Respiration forts.

  • Pyruvatmolekylerna oxideras och dekarboxyleras, koldioxid frigörs

  • Bildas två acetylgrupper, –CH3CO

  • Acetylgrupperna fästs vid ett coenzym A, CoA => acetyl-CoA



4. Respiration forts.

  • Krebs cykel (citronsyracykeln)

  • Uppkallad efter Sir Hans Krebs

  • Startar alltid med acetyl-CoA

  • Kombineras med oxaloacetat

  • Varje ”runda” i cykeln förbrukar en acetylgrupp och bildar en molekyl oxaloacetat



4. Respiration forts.

  • Krebs cykel:



4. Respiration forts.

  • Elektronbärare => NAD+ (nikotinamid adenin dinukleotid), FAD+ (flavin adenin dinukleotid)

  • NADH och FADH2



4. Respiration forts.

  • Elektrontransportkedjan och oxidativ

  • fosforylering

  • Aktiverar olika elektronbärare och enzymer i inre membranen i mitokondrien

  • Elektroner bundna till NADH och FADH2 går från en högre till en lägre energinivå



4. Respiration forts.

  • Protoner (H+) pumpas ut och den frigjorda energin används till att bilda ATP av ADP och fosfat

  • Enzymkomplex => ATPsyntase

  • 38% av energin lagras i form av ATP, resten avgår som värme



4. Respiration forts.

  • Av en molekyl glukos får man 36 molekyler ATP



4. Respiration forts.

  • Om syre saknas (anaerobiska förhållanden)

  • Bildning av laktat eller etanol => jäsning

  • I många växt- och svampceller bryts pyruvat ned till etanol och koldioxid

  • Glukos + 2ADP + 2Pi => 2 Etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O



4. Respiration forts.

  • 2 ATP / glukosmolekyl



4. Respiration forts.

  • Frågor:

  • Respirationens olika delsteg

  • Vad sker i glykolysen?

  • Principen för Krebs cykel?

  • Respiration i syrefria förhållanden



5. Fotosyntes

  • Historik

  • Reaktionen för fotosyntesen:

  • 3CO2 + 6H2O => C3H6O3 + 3O2 + 3H2O



5. Fotosyntes forts.

  • Ljuset indelat i ett spektrum:



5. Fotosyntes forts.

  • Det synliga ljuset mellan 380 och 750 nm

  • Ljus med kort våglängd har mindre energi än ljus med lång våglängd

  • Ljus består av partiklar av energi, fotoner eller ljuskvanta



5. Fotosyntes forts.

  • Fotosyntespigment

  • Pigment absorberar vissa våglängder av ljus

  • Beskrivs med absorptionsspektrum, visar vid vilka våglängder pigmenten är biologiskt aktiva

  • Pigmentens färg = reflekterat ljus



5. Fotosyntes forts.

  • Fotosyntespigmentens absorptionsspektrum:



5. Fotosyntes forts.

  • Fotosyntetiserande pigment

  • Klorofyll, kartenoider, fycobiliner

  • Klorofyll a (blågrönt)

  • Fotosyntesens centrala pigment

  • Förekommer hos alla fotosyntetiserande organismer, utom bakterier

  • Absorptionstoppar vid 430 och 660 nm



5. Fotosyntes forts.

  • Klorofyll b (gulgrönt)

  • Hos fröväxter, ormbunkar, mossor och grönalger

  • Kemiskt närstående klorofyll a

  • Absorptionstoppar vid 450 och 640 nm



5. Fotosyntes forts.

  • Klorofyll c

  • Hos kiselalger, brunalger, dinoflagellater

  • Absorptionstoppar vid ca 450 nm

  • Chlorobiumklorofyll

  • Hos gröna svavelbakterier

  • Närbesläktat med klorofyll a



5. Fotosyntes forts.

  • Bakterieklorofyll

  • Hos purpurbakterier, avviker från de övriga

  • Absorptionstoppar vid 366 och 770 nm

  • Karotenoider (accesoriska pigment)

  • Gula eller orangefärgade pigment

  • Förekommer hos alla fotosyntetiserande växter



5. Fotosyntes forts.

  • Karotener (C40H56)

  • Orangefärgade, t.ex. β-karoten

  • Xanthofyller (C40H56O2)

  • Allmänna hos alger, t.ex. fucoxantin hos brunalger och kiselalger



5. Fotosyntes forts.

  • Fycobiliner

  • Hos rödalger och cyanobakterier

  • Fycoerytriner (röda)

  • Absorberar speciellt grönt ljus

  • Dominerar hos rödalger

  • Fycocyaniner (blå)

  • Absorberar gult och orange ljus

  • Dominerar hos cyanobakterier



5. Fotosyntes forts.

  • Fotosyntesreaktionen

  • Två huvudsakliga reaktionsförlopp:

  • Ljusberoende reaktion, ljusenergi fångas, binds i ATP

  • Ljusoberoende reaktion (mörkerreaktionen), koldioxidfixering



5. Fotosyntes forts.

  • Reaktioner:



5. Fotosyntes forts.

  • Ljusreaktionen

  • Elektromagnetisk energi => kemiskt bunden energi

  • En molekyl av ett fotosyntespigment fångar upp ett energikvantum (foton)

  • En elektron flyttas upp på en högre energinivå och faller tillbaka => energi frigörs



5. Fotosyntes forts.

  • Energin kan frigöras på olika sätt, t.ex. som värme, som fluorescensljus, till en närbelägen molekyl

  • Ljusreaktionen består av två fotosystem

  • (II och I)

  • Enheter av ca 250-400 klorofyllmolekyler

  • Fotosystemen är förenade med en elektrontransportkedja



5. Fotosyntes forts.



5. Fotosyntes forts.

  • Verkar parallellt och oavbrutet

  • Fotolys av vatten:

  • 2H2O => 4e- + 4H+ + O2

  • Elektroner frigörs, protoner avges över membranen

  • Skapar protongradient, behövs för bildandet av ATP



5. Fotosyntes forts.

  • Elektroner från H2O => system II => system I => NADP+

  • Acyklisk fosforylering – både system I och II, ATP och NADPH2 bildas

  • Cyklisk fosforylering – endast system I, enbart ATP bildas



5. Fotosyntes forts.

  • Ljusreaktionen:



5. Fotosyntes forts.



5. Fotosyntes forts.

  • Mörkerreaktionen (CO2 fixering)

  • Calvin cykeln (efter Melvin Calvin)

  • CO2 transformeras i socker via flera mellansteg

  • Startprodukt (och slutprodukt):

  • ribulos 1,5-bifosfat (RuBP)

  • CO2 binds med hjälp av enzymet RuBP karboxylas (Rubisco)



5. Fotosyntes forts.

  • Kortlivad 6-kolförening som sönderfaller i två halvor => identiska med PGA (3-fosfoglycerat)

  • PGA omvandlas vidare till glukos och stärkelse

  • Viktigt energikrävande steg: reducerat PGA => PGAL (glyceraldehyd-3-fosfat), kräver ATP och NADPH2 som bildats vid ljusreaktionen



5. Fotosyntes forts.

  • PGAL = en enkel sockerart, triosfosfat

  • För att assimilera 3 molekyler CO2 krävs 9 ATP och 6 NADPH2

  • C3-växter – CO2 inkorporeras i en

  • 3-kolförening (PGA)



5. Fotosyntes forts.

  • Mörkerreaktionen:



5. Fotosyntes forts.

  • Fotorespiration

  • Rubisco ospecifikt, binder även O2

  • Leder till bildning av onyttig glykolsyra (glycolate), en C-2 förening

  • Processen skadlig, ger varken ATP eller NADPH2



5. Fotosyntes forts.

  • Glykolsyran reoxideras, från kloroplasten => peroxisom => mitokondrie

  • Hos vissa växter går upp till 50% av all fixerad koldioxid till reoxidation

  • Ökar vid vattenbrist, vid ökad O2-anrikning och kan vara ett problem i tät vegetation



5. Fotosyntes forts.

  • C4-växter

  • Vissa växter, ex. majs, sockerrör, har en ”skida” av stärkelserika celler runt bladens ledningssträngar

  • Binder CO2 till fosfoenolpyruvat (PEP) med hjälp av enzymet PEP-karboxylas



5. Fotosyntes forts.

  • Bildas oxalacetat => malat med NADPH som vätedonator

  • Malatet dekarboxyleras i pyruvat och CO2 som går in i Calvins cykel

  • Processen kostar 2 ATP extra, men resultatet kan bli 2-3 ggr större än för C3-växter



5. Fotosyntes forts.

  • C4-växter anpassade för starkt ljus, hög temp. och torka

  • Effektiv fotosyntes trots nästan slutna klyvöppningar och liten vattenförlust



5. Fotosyntes forts.

  • CAM-växter

  • Crassulacean Acid Metabolism

  • Många succulenter kombinerar C3- och C4-vägarna

  • CO2 fixeras i mörker, nattetid, med hjälp av PEP-karboxylas

  • Malat karboxyleringsprodukt



5. Fotosyntes forts.

  • Malatet lagras i form av äppelsyra i de fotosyntetiserande cellernas vakuoler

  • I ljus, dagtid, dekarboxyleras äppelsyran och koldioxid friges

  • Obetydligt gasutbyte via klyvöppningarna dagtid p.g.a. het och torr miljö



5. Fotosyntes forts.



5. Fotosyntes forts.

  • Yttre faktorers inverkan på fotosyntesen

  • Ljus:

  • Synligt ljus fotosyntetiskt aktivt

  • Vissa rödalger kan utnyttja UV-ljus (m.h.a. fycobiliner)

  • Ljusstyrkan måste vara på sådan nivå att andningsförlusten uppvägs



5. Fotosyntes forts.

  • Kompensationspunkt: fotosyntes och andning balanserar

  • Skuggväxter (ex. Paris quadrifolia) – utnyttjar låga ljusstyrkor, komp. punkt vid ca 1% dagsljus

  • Solväxter (ex. Lythrum salicaria) – komp. punkt vid 2-5 % av fullt dagljus



5. Fotosyntes forts.

  • Koldioxid:

  • Under starka ljusförhållanden är CO2 begränsande för fotosyntesen

  • I havsvatten finns CO2 i flere former, proportionerna varierar med pH



5. Fotosyntes forts.

  • Temperatur:

  • Påverkas av temp. förändringar endast under starka ljusförhållanden

  • God belysning och CO2-tillgång ökar fotosyntesen 1,5-2 gånger vid en temp. höjning på 10°C

  • Optimal fotosyntes vid 20-30°C



5. Fotosyntes forts.

  • Växternas anpassning viktig för fotosyntesen

  • Syre:

  • Luften innehåller normalt 21% syre

  • Fotosyntesintensiteten ökar om luftens syrehalt minskar

  • Syre hämmar fotosyntesen



5. Fotosyntes forts.

  • Frågor:

  • Förklara kort fotosyntesens ljusreaktion

  • Olika pigments betydelse vid energiabsorption

  • Vad sker vid fotosyntesens mörkerreaktion?

  • Skillnaden mellan C4- och CAM-växter?





Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə