Informatie

6.6: Fotosynthese - Biologie


Wat je leert om te doen: Identificeer de basiscomponenten en stappen van fotosynthese

Hoe complex of geavanceerd een machine ook is, zoals de nieuwste mobiele telefoon, het apparaat kan niet functioneren zonder energie. Dat is misschien algemeen bekend, maar hoeveel mensen realiseren zich dat elke hap van elke ingenomen maaltijd afhankelijk is van het proces van fotosynthese?

leerdoelen

  • Vat het proces van fotosynthese samen
  • Beschrijf hoe de golflengte van licht zijn energie en kleur beïnvloedt
  • Beschrijf de lichtafhankelijke reacties die plaatsvinden tijdens fotosynthese
  • Beschrijf de stappen en processen in de Calvincyclus

Een overzicht van fotosynthese

Alle levende organismen op aarde bestaan ​​uit een of meer cellen. Elke cel werkt op de chemische energie die voornamelijk in koolhydraatmoleculen (voedsel) wordt aangetroffen, en de meeste van deze moleculen worden geproduceerd door één proces: fotosynthese. Door fotosynthese zetten bepaalde organismen zonne-energie (zonlicht) om in chemische energie, die vervolgens wordt gebruikt om koolhydraatmoleculen te bouwen. De energie die wordt gebruikt om deze moleculen bij elkaar te houden, komt vrij wanneer een organisme voedsel afbreekt. Cellen gebruiken deze energie vervolgens om werk uit te voeren, zoals cellulaire ademhaling.

De energie die uit fotosynthese wordt gehaald, komt continu de ecosystemen van onze planeet binnen en wordt van het ene organisme naar het andere overgedragen. Daarom levert het proces van fotosynthese, direct of indirect, de meeste energie die levende wezens op aarde nodig hebben.

Fotosynthese resulteert ook in het vrijkomen van zuurstof in de atmosfeer. Kortom, om te eten en te ademen is de mens bijna volledig afhankelijk van de organismen die fotosynthese uitvoeren.

Zonne-afhankelijkheid en voedselproductie

Sommige organismen kunnen fotosynthese uitvoeren, andere niet. Een autotroof is een organisme dat zijn eigen voedsel kan produceren. De Griekse wortels van het woord autotroof bedoel "zelf" (auto) "voeder" (trofee). Planten zijn de bekendste autotrofen, maar er bestaan ​​ook andere, waaronder bepaalde soorten bacteriën en algen (Figuur 2). Oceanische algen dragen enorme hoeveelheden voedsel en zuurstof bij aan de wereldwijde voedselketens. Planten zijn ook foto-autotrofen, een type autotroof dat zonlicht en koolstof uit koolstofdioxide gebruikt om chemische energie in de vorm van koolhydraten te synthetiseren. Alle organismen die fotosynthese uitvoeren, hebben zonlicht nodig.

Heterotrofen zijn organismen die niet in staat zijn tot fotosynthese en die daarom energie en koolstof uit voedsel moeten halen door andere organismen te consumeren. De Griekse wortels van het woord heterotroof betekenen "andere" (hetero) "voeder" (trofee), wat betekent dat hun voedsel afkomstig is van andere organismen. Zelfs als het voedselorganisme een ander dier is, vindt dit voedsel zijn oorsprong in autotrofen en het proces van fotosynthese. Mensen zijn heterotrofen, net als alle dieren. Heterotrofen zijn afhankelijk van autotrofen, direct of indirect. Herten en wolven zijn heterotrofen. Een hert haalt energie uit het eten van planten. Een wolf die een hert eet, krijgt energie die oorspronkelijk afkomstig was van de planten die door dat hert werden gegeten. De energie in de plant kwam van fotosynthese en is daarom de enige autotroof in dit voorbeeld (Figuur 3). Volgens deze redenering is al het voedsel dat door mensen wordt gegeten ook terug te voeren op autotrofen die fotosynthese uitvoeren.

Fotosynthese is een meerstappenproces dat zonlicht, koolstofdioxide (dat weinig energie bevat) en water als substraat vereist (Figuur 4). Nadat het proces is voltooid, geeft het zuurstof af en produceert het glyceraldehyde-3-fosfaat (GA3P), eenvoudige koolhydraatmoleculen (die veel energie bevatten) die vervolgens kunnen worden omgezet in glucose, sucrose of een van de tientallen andere suikermoleculen. Deze suikermoleculen bevatten energie en de geactiveerde koolstof die alle levende wezens nodig hebben om te overleven.

Het volgende is de chemische vergelijking voor fotosynthese (Figuur 5):

Hoewel de vergelijking er eenvoudig uitziet, zijn de vele stappen die plaatsvinden tijdens fotosynthese eigenlijk behoorlijk complex. Voordat u de details leert van hoe foto-autotrofen zonlicht in voedsel veranderen, is het belangrijk om vertrouwd te raken met de betrokken structuren.

Bij planten vindt fotosynthese doorgaans plaats in bladeren, die uit meerdere cellagen bestaan. Het proces van fotosynthese vindt plaats in een middelste laag, de mesofyl. De gasuitwisseling van koolstofdioxide en zuurstof vindt plaats via kleine, gereguleerde openingen, genaamd huidmondjes (enkelvoud: stoma), die ook een rol spelen bij de regulatie van gasuitwisseling en waterbalans. De huidmondjes bevinden zich meestal aan de onderkant van het blad, wat helpt om waterverlies te minimaliseren. Elke stoma wordt geflankeerd door wachtcellen die het openen en sluiten van de huidmondjes reguleren door te zwellen of te krimpen als reactie op osmotische veranderingen.

Bij alle autotrofe eukaryoten vindt fotosynthese plaats in een organel genaamd a chloroplast. Voor planten bestaan ​​chloroplast-bevattende cellen in het mesofyl. Chloroplasten hebben een dubbele membraanomhulling (samengesteld uit een buitenmembraan en een binnenmembraan). Binnen de chloroplast zijn gestapelde, schijfvormige structuren genaamd thylakoïden. Ingebed in het thylakoïde membraan is chlorofyl, a pigment (molecuul dat licht absorbeert) dat verantwoordelijk is voor de initiële interactie tussen licht en plantaardig materiaal, en talrijke eiwitten die de elektronentransportketen vormen. Het thylakoïde membraan omsluit een interne ruimte genaamd de thylakoïde lumen. Zoals weergegeven in figuur 6, wordt een stapel thylakoïden a . genoemd granum, en de met vloeistof gevulde ruimte rond het granum wordt genoemd stroma of "bed" (niet te verwarren met stoma of "mond", een opening op de bladepidermis).

Oefenvraag

Op een warme, droge dag sluiten planten hun huidmondjes om water te besparen. Welke impact heeft dit op de fotosynthese?

[oefengebied rijen=”2″][/oefengebied]
[reveal-answer q=”173275″]Antwoord weergeven[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”173275″]Het kooldioxidegehalte (een noodzakelijk fotosynthetisch substraat) zal onmiddellijk dalen. Als gevolg hiervan wordt de snelheid van fotosynthese geremd.[/hidden-answer]

De twee delen van fotosynthese

Fotosynthese vindt plaats in twee opeenvolgende fasen: de lichtafhankelijke reacties en de lichtonafhankelijke reacties. In de lichtafhankelijke reacties, wordt energie uit zonlicht geabsorbeerd door chlorofyl en die energie wordt omgezet in opgeslagen chemische energie. In de lichtonafhankelijke reacties, de chemische energie die wordt geoogst tijdens de lichtafhankelijke reacties, drijft de assemblage van suikermoleculen uit koolstofdioxide aan. Daarom, hoewel de lichtonafhankelijke reacties geen licht als reactant gebruiken, hebben ze de producten van de lichtafhankelijke reacties nodig om te kunnen functioneren. Daarnaast worden verschillende enzymen van de lichtonafhankelijke reacties geactiveerd door licht. De lichtafhankelijke reacties gebruiken bepaalde moleculen om de energie tijdelijk op te slaan: deze worden energiedragers genoemd. De energiedragers die energie van lichtafhankelijke reacties naar lichtonafhankelijke reacties verplaatsen, kunnen als "vol" worden beschouwd omdat ze rijk zijn aan energie. Nadat de energie is vrijgegeven, keren de "lege" energiedragers terug naar de lichtafhankelijke reactie om meer energie te verkrijgen. Figuur 7 illustreert de componenten in de chloroplast waar de lichtafhankelijke en lichtonafhankelijke reacties plaatsvinden.

Probeer het

Grote supermarkten in de Verenigde Staten zijn georganiseerd in afdelingen, zoals zuivel, vlees, producten, brood, ontbijtgranen, enzovoort. Elk gangpad (Figuur 8) bevat honderden, zo niet duizenden verschillende producten die klanten kunnen kopen en consumeren.

Hoewel er een grote variëteit is, verwijst elk item terug naar fotosynthese. Vlees en zuivel koppelen omdat de dieren plantaardig voedsel kregen. De broden, granen en pasta's zijn grotendeels afkomstig van zetmeelrijke granen, de zaden van fotosynthese-afhankelijke planten. Hoe zit het met desserts en drankjes? Al deze producten bevatten suiker - sucrose is een plantaardig product, een disaccharide, een koolhydraatmolecuul, dat rechtstreeks is opgebouwd uit fotosynthese. Bovendien zijn veel artikelen minder duidelijk afkomstig van planten: zo zijn papierwaren over het algemeen plantaardige producten en kunnen veel kunststoffen (overvloedig als producten en verpakkingen) worden afgeleid van algen of van olie, de gefossiliseerde overblijfselen van fotosynthetische organismen. Vrijwel elke specerij en smaakstof in het kruidenpad werd door een plant geproduceerd als een blad, wortel, schors, bloem, vrucht of stengel. Uiteindelijk verbindt fotosynthese met elke maaltijd en elk voedsel dat een persoon consumeert.

leerdoelen

Het proces van fotosynthese veranderde het leven op aarde. Door energie van de zon te benutten, is de fotosynthese geëvolueerd om levende wezens toegang te geven tot enorme hoeveelheden energie. Dankzij fotosynthese kregen levende wezens toegang tot voldoende energie waarmee ze nieuwe structuren konden bouwen en de biodiversiteit konden bereiken die vandaag de dag zichtbaar is.

Alleen bepaalde organismen, fotoautotrofen genaamd, kunnen fotosynthese uitvoeren; ze vereisen de aanwezigheid van chlorofyl, een gespecialiseerd pigment dat bepaalde delen van het zichtbare spectrum absorbeert en energie uit zonlicht kan opvangen. Fotosynthese gebruikt koolstofdioxide en water om koolhydraatmoleculen samen te stellen en zuurstof als afvalproduct in de atmosfeer af te geven. Eukaryotische autotrofen, zoals planten en algen, hebben organellen die chloroplasten worden genoemd en waarin fotosynthese plaatsvindt en zetmeel zich ophoopt. In prokaryoten, zoals cyanobacteriën, is het proces minder gelokaliseerd en vindt het plaats in gevouwen membranen, verlengingen van het plasmamembraan en in het cytoplasma.

Licht energie

Hoe kan licht worden gebruikt om voedsel te maken? Het is gemakkelijk om aan licht te denken als iets dat bestaat en waardoor levende organismen, zoals mensen, kunnen zien, maar licht is een vorm van energie. Zoals alle energie kan licht reizen, van vorm veranderen en worden gebruikt om werk te doen. In het geval van fotosynthese wordt lichtenergie omgezet in chemische energie, die autotrofen gebruiken om koolhydraatmoleculen te bouwen. Autotrofen gebruiken echter alleen een specifieke component van zonlicht (Figuur 9).

Wat is lichtenergie?

De zon zendt een enorme hoeveelheid elektromagnetische straling (zonne-energie) uit. Mensen kunnen slechts een fractie van deze energie zien, die 'zichtbaar licht' wordt genoemd. De manier waarop zonne-energie zich voortplant, kan worden beschreven en gemeten als golven. Wetenschappers kunnen de hoeveelheid energie van een golf bepalen door de golflengte te meten, de afstand tussen twee opeenvolgende, vergelijkbare punten in een reeks golven, zoals van top tot top of van dal tot dal (Figuur 10).

Zichtbaar licht is slechts een van de vele soorten elektromagnetische straling die door de zon wordt uitgezonden. Het elektromagnetische spectrum is het bereik van alle mogelijke golflengten van straling (Figuur 11). Elke golflengte komt overeen met een andere hoeveelheid energie die wordt gedragen.

Elk type elektromagnetische straling heeft een karakteristiek golflengtebereik. Hoe langer de golflengte (of hoe meer uitgerekt het lijkt), hoe minder energie er wordt gedragen. Korte, strakke golven dragen de meeste energie. Dit lijkt misschien onlogisch, maar zie het in termen van een stuk bewegend touw. Het kost weinig moeite van een persoon om een ​​touw in lange, brede golven te bewegen. Om een ​​touw in korte, strakke golven te laten bewegen, zou een persoon aanzienlijk meer energie moeten gebruiken.

De zon zendt (Figuur 11) een breed scala aan elektromagnetische straling uit, waaronder röntgenstralen en ultraviolette (UV) stralen. De golven van hogere energie zijn gevaarlijk voor levende wezens; bijvoorbeeld röntgenstralen en UV-stralen kunnen schadelijk zijn voor de mens.

Absorptie van licht

Lichtenergie komt in het proces van fotosynthese wanneer pigmenten het licht absorberen. In planten absorberen pigmentmoleculen alleen zichtbaar licht voor fotosynthese. Het zichtbare licht dat door mensen als wit licht wordt gezien, bestaat eigenlijk in een regenboog van kleuren. Bepaalde objecten, zoals een prisma of een druppel water, verspreiden wit licht om deze kleuren voor het menselijk oog te onthullen. Het zichtbare lichtgedeelte van het elektromagnetische spectrum wordt door het menselijk oog waargenomen als een regenboog van kleuren, met violet en blauw met kortere golflengten en dus hogere energie. Aan de andere kant van het spectrum, richting rood, zijn de golflengten langer en hebben ze een lagere energie.

Pigmenten begrijpen

Er bestaan ​​verschillende soorten pigmenten, die elk slechts bepaalde golflengten (kleuren) van zichtbaar licht absorberen. Pigmenten reflecteren de kleur van de golflengten die ze niet kunnen absorberen.

Alle fotosynthetische organismen bevatten een pigment dat chlorofyl wordt genoemd een, die mensen zien als de gemeenschappelijke groene kleur die wordt geassocieerd met planten. chlorofyl een absorbeert golflengten van beide uiteinden van het zichtbare spectrum (blauw en rood), maar niet van groen. Omdat groen wordt gereflecteerd, lijkt chlorofyl groen.

Andere pigmentsoorten zijn chlorofyl B (die blauw en rood-oranje licht absorbeert) en de carotenoïden. Elk type pigment kan worden geïdentificeerd door het specifieke patroon van golflengten dat het absorbeert van zichtbaar licht, wat het absorptiespectrum is.

Veel fotosynthetische organismen hebben een mengsel van pigmenten; tussen hen kan het organisme energie absorberen van een breder bereik van golflengten van zichtbaar licht. Niet alle fotosynthetische organismen hebben volledige toegang tot zonlicht. Sommige organismen groeien onder water waar de lichtintensiteit afneemt met de diepte en bepaalde golflengten worden geabsorbeerd door het water. Andere organismen groeien in concurrentie om licht. Planten op de regenwoudbodem moeten elk beetje licht dat doorkomt kunnen absorberen, omdat de hogere bomen het meeste zonlicht tegenhouden (Figuur 12).

De lichtafhankelijke reacties van fotosynthese

Het algemene doel van de lichtafhankelijke reacties is om lichtenergie om te zetten in chemische energie. Deze chemische energie zal door de Calvin-cyclus worden gebruikt om de assemblage van suikermoleculen van brandstof te voorzien.

De lichtafhankelijke reacties beginnen in een groep pigmentmoleculen en eiwitten die een fotosysteem wordt genoemd. Fotosystemen bestaan ​​in de membranen van thylakoïden. Een pigmentmolecuul in het fotosysteem absorbeert één foton, een hoeveelheid of "pakket" lichtenergie, per keer.

Een foton van lichtenergie reist totdat het een pigmentmolecuul bereikt, zoals chlorofyl. Het foton zorgt ervoor dat een elektron in het chlorofyl 'opgewonden' wordt. De energie die aan het elektron wordt gegeven, gaat vervolgens van het ene pigmentmolecuul naar het andere totdat het een paar chlorofyl bereikt een moleculen die het reactiecentrum worden genoemd. Deze energie prikkelt vervolgens een elektron in het reactiecentrum waardoor het losbreekt en wordt doorgegeven aan de primaire elektronenacceptor. Het reactiecentrum zou daarom een ​​elektron "doneren" aan de primaire elektronenacceptor (Figuur 13).

Om het elektron in het reactiecentrum te vervangen, wordt een watermolecuul gesplitst. Bij deze splitsing komt een elektron vrij en ontstaat zuurstof (O2) en waterstofionen (H+) in de thylakoïde ruimte. Technisch gezien maakt elke breuk van een watermolecuul een elektronenpaar vrij en kan daarom twee gedoneerde elektronen vervangen.

Door het vervangen van het elektron kan het reactiecentrum reageren op een ander foton. De zuurstofmoleculen die als bijproducten ontstaan, vinden hun weg naar de omgeving. De waterstofionen spelen een cruciale rol in de rest van de lichtafhankelijke reacties.

Houd er rekening mee dat het doel van de lichtafhankelijke reacties is om zonne-energie om te zetten in chemische dragers die in de Calvin-cyclus zullen worden gebruikt. In eukaryoten bestaan ​​​​twee fotosystemen, de eerste wordt fotosysteem II genoemd, die is genoemd naar de volgorde van zijn ontdekking in plaats van naar de volgorde van functie.

Nadat het foton is geraakt, brengt fotosysteem II het vrije elektron over naar het eerste in een reeks eiwitten in het thylakoïde membraan, de elektronentransportketen. Terwijl het elektron langs deze eiwitten gaat, drijft energie van het elektron membraanpompen aan die actief waterstofionen tegen hun concentratiegradiënt van het stroma naar de thylakoïde ruimte verplaatsen. Dit is vrij analoog aan het proces dat plaatsvindt in het mitochondrion, waarbij een elektronentransportketen waterstofionen van het mitochondriale stroma over het binnenmembraan en in de intermembraanruimte pompt, waardoor een elektrochemische gradiënt ontstaat. Nadat de energie is gebruikt, wordt het elektron geaccepteerd door een pigmentmolecuul in het volgende fotosysteem, dat fotosysteem I wordt genoemd (Figuur 14).

Een energiedrager opwekken: ATP

Bij de lichtafhankelijke reacties wordt de door zonlicht geabsorbeerde energie opgeslagen door twee soorten energiedragermoleculen: ATP en NADPH. De energie die deze moleculen dragen, wordt opgeslagen in een binding die een enkel atoom aan het molecuul vasthoudt. Voor ATP is het een fosfaatatoom en voor NADPH is het een waterstofatoom. NADH zal verder worden besproken in relatie tot cellulaire ademhaling, die plaatsvindt in het mitochondrion, waar het energie van de citroenzuurcyclus naar de elektronentransportketen transporteert. Wanneer deze moleculen energie afgeven in de Calvin-cyclus, verliezen ze elk atomen om de lagere energiemoleculen ADP en NADP te worden+.

De opbouw van waterstofionen in de thylakoïde ruimte vormt een elektrochemische gradiënt vanwege het verschil in de concentratie van protonen (H+) en het verschil in de lading over het membraan dat ze creëren. Deze potentiële energie wordt geoogst en opgeslagen als chemische energie in ATP via chemiosmosis, de beweging van waterstofionen langs hun elektrochemische gradiënt door het transmembraan-enzym ATP-synthase, net als in het mitochondrion.

De waterstofionen mogen door het thylakoïde membraan gaan via een ingebed eiwitcomplex dat ATP-synthase wordt genoemd. Ditzelfde eiwit genereerde ATP uit ADP in het mitochondrion. De energie die wordt gegenereerd door de waterstofionenstroom stelt ATP-synthase in staat een derde fosfaat aan ADP te hechten, dat een ATP-molecuul vormt in een proces dat fotofosforylering wordt genoemd. De stroom waterstofionen door ATP-synthase wordt chemiosmosis genoemd, omdat de ionen van een gebied met een hoge naar een lage concentratie door een semi-permeabele structuur gaan.

Een andere energiedrager genereren: NADPH

De resterende functie van de lichtafhankelijke reactie is het genereren van het andere energiedragermolecuul, NADPH. Als het elektron uit de elektronentransportketen aankomt bij fotosysteem I, wordt het opnieuw geactiveerd met een ander foton dat is gevangen door chlorofyl. De energie van dit elektron drijft de vorming van NADPH uit NADP . aan+ en een waterstofion (H+). Nu de zonne-energie is opgeslagen in energiedragers, kan er een suikermolecuul van worden gemaakt.

leerdoelen

In het eerste deel van de fotosynthese, de lichtafhankelijke reactie, absorberen pigmentmoleculen energie uit zonlicht. Het meest voorkomende en overvloedige pigment is chlorofyl een. Een foton treft fotosysteem II om de fotosynthese te starten. Energie reist door de elektronentransportketen, die waterstofionen in de thylakoïde ruimte pompt. Dit vormt een elektrochemische gradiënt. De ionen stromen door ATP-synthase vanuit de thylakoïde ruimte naar het stroma in een proces dat chemiosmosis wordt genoemd om ATP-moleculen te vormen, die worden gebruikt voor de vorming van suikermoleculen in de tweede fase van fotosynthese. Fotosysteem I absorbeert een tweede foton, wat resulteert in de vorming van een NADPH-molecuul, een andere energiedrager voor de Calvin-cyclusreacties.

Oefenvraag

Beschrijf de weg van energie in lichtafhankelijke reacties.

[reveal-answer q=”316164″]Antwoord weergeven[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”316164″]De energie is aanvankelijk als licht aanwezig. Een foton van licht raakt chlorofyl, waardoor een elektron wordt geactiveerd. Het vrije elektron reist door de elektronentransportketen en de energie van het elektron wordt gebruikt om waterstofionen in de thylakoïde ruimte te pompen, waardoor de energie wordt overgebracht naar de elektrochemische gradiënt. De energie van de elektrochemische gradiënt wordt gebruikt om ATP-synthase aan te drijven, en de energie wordt overgebracht naar een binding in het ATP-molecuul. Bovendien kan energie van een ander foton worden gebruikt om een ​​hoogenergetische binding in het molecuul NADPH te creëren.[/hidden-answer]

De Calvincyclus

Nadat de energie van de zon is omgezet en verpakt in ATP en NADPH, heeft de cel de brandstof die nodig is om voedsel op te bouwen in de vorm van koolhydraatmoleculen. De gemaakte koolhydraatmoleculen hebben een ruggengraat van koolstofatomen. Waar komt de koolstof vandaan? De koolstofatomen die worden gebruikt om koolhydraatmoleculen te bouwen, zijn afkomstig van koolstofdioxide, het gas dat dieren bij elke ademhaling uitademen. De Calvin-cyclus is de term die wordt gebruikt voor de reacties van fotosynthese die de energie gebruiken die is opgeslagen door de lichtafhankelijke reacties om glucose en andere koolhydraatmoleculen te vormen. Dit proces kan ook de lichtonafhankelijke reactie worden genoemd, omdat er niet direct zonlicht voor nodig is (maar wel de producten die door de lichtafhankelijke reacties worden geproduceerd).

De innerlijke werking van de Calvin-cyclus

In planten wordt kooldioxide (CO2) komt de chloroplast binnen via de huidmondjes en diffundeert in het stroma van de chloroplast - de plaats van de Calvin-cyclusreacties waar suiker wordt gesynthetiseerd. De reacties zijn genoemd naar de wetenschapper die ze heeft ontdekt en verwijzen naar het feit dat de reacties als een cyclus functioneren. Anderen noemen het de Calvin-Benson-cyclus met de naam van een andere wetenschapper die betrokken was bij de ontdekking ervan (Figuur 15).

De Calvin-cyclusreacties (Figuur 16) kunnen worden georganiseerd in drie basisfasen: fixatie, reductie en regeneratie. In het stroma, naast CO2, zijn twee andere chemicaliën aanwezig om de Calvin-cyclus te initiëren: een enzym afgekort RuBisCO, en het molecuul ribulosebisfosfaat (RuBP). RuBP heeft aan elk uiteinde vijf koolstofatomen en een fosfaatgroep.

RuBisCO katalyseert een reactie tussen CO2 en RuBP, dat een zes-koolstofverbinding vormt die onmiddellijk wordt omgezet in twee drie-koolstofverbindingen. Dit proces wordt koolstoffixatie genoemd, omdat CO2 is "gefixeerd" van zijn anorganische vorm in organische moleculen.

ATP en NADPH gebruiken hun opgeslagen energie om de drie-koolstofverbinding, 3-PGA, om te zetten in een andere drie-koolstofverbinding genaamd G3P. Dit type reactie wordt een reductiereactie genoemd, omdat er elektronen bijkomen. Een reductie is de versterking van een elektron door een atoom of molecuul. De moleculen van ADP en NAD+, als gevolg van de reductiereactie, keren terug naar de lichtafhankelijke reacties om opnieuw te worden geactiveerd.

Een van de G3P-moleculen verlaat de Calvin-cyclus om bij te dragen aan de vorming van het koolhydraatmolecuul, dat gewoonlijk glucose (C6H12O6). Omdat het koolhydraatmolecuul zes koolstofatomen heeft, duurt het zes omwentelingen van de Calvin-cyclus om één koolhydraatmolecuul te maken (één voor elk vast koolstofdioxidemolecuul). De resterende G3P-moleculen regenereren RuBP, waardoor het systeem zich kan voorbereiden op de koolstoffixatiestap. ATP wordt ook gebruikt bij de regeneratie van RuBP.

Samenvattend: er zijn zes omwentelingen van de Calvin-cyclus nodig om zes koolstofatomen uit CO . te fixeren2. Deze zes windingen vereisen energie-invoer van 12 ATP-moleculen en 12 NADPH-moleculen in de reductiestap en 6 ATP-moleculen in de regeneratiestap.

Bekijk deze animatie van de Calvincyclus. Klik op Stage 1, Stage 2 en vervolgens op Stage 3 om te zien hoe G3P en ATP regenereren om RuBP te vormen.

Probeer het

De gedeelde evolutionaire geschiedenis van alle fotosynthetische organismen is opvallend, aangezien het basisproces in de loop van de tijd weinig is veranderd. Zelfs tussen de gigantische tropische bladeren in het regenwoud en kleine cyanobacteriën, blijven het proces en de componenten van fotosynthese die water als elektronendonor gebruiken grotendeels hetzelfde. Fotosystemen werken om licht te absorberen en gebruiken elektronentransportketens om energie om te zetten. De Calvin-cyclusreacties assembleren koolhydraatmoleculen met deze energie.

Zoals bij alle biochemische routes, leidt een verscheidenheid aan omstandigheden echter tot verschillende aanpassingen die het basispatroon beïnvloeden. Fotosynthese in planten met een droog klimaat (Figuur 17) is geëvolueerd met aanpassingen die water besparen. In de barre, droge hitte moet elke druppel water en kostbare energie worden gebruikt om te overleven. Twee aanpassingen zijn geëvolueerd in dergelijke planten. In één vorm, een efficiënter gebruik van CO2 laat planten fotosynthetiseren, zelfs als CO2 is schaars, zoals wanneer de huidmondjes gesloten zijn op warme dagen. De andere aanpassing voert 's nachts voorlopige reacties van de Calvin-cyclus uit, omdat het openen van de huidmondjes op dit moment water bespaart vanwege lagere temperaturen. Bovendien heeft deze aanpassing planten in staat gesteld om lage niveaus van fotosynthese uit te voeren zonder huidmondjes te openen, een extreem mechanisme om extreem droge perioden het hoofd te bieden.

Fotosynthese in prokaryoten

De twee delen van fotosynthese - de lichtafhankelijke reacties en de Calvin-cyclus - zijn beschreven, zoals ze plaatsvinden in chloroplasten. Prokaryoten, zoals cyanobacteriën, missen echter membraangebonden organellen. Prokaryotische fotosynthetische autotrofe organismen hebben inplooiingen van het plasmamembraan voor chlorofylaanhechting en fotosynthese (Figuur 18). Het is hier dat organismen zoals cyanobacteriën fotosynthese kunnen uitvoeren.

leerdoelen

Met behulp van de energiedragers gevormd in de eerste fase van fotosynthese, fixeren de Calvin-cyclusreacties CO2 uit de omgeving om koolhydraatmoleculen te bouwen. Een enzym, RuBisCO, katalyseert de fixatiereactie door CO . te combineren2 met RuBP. De resulterende zes-koolstofverbinding wordt afgebroken tot twee drie-koolstofverbindingen en de energie in ATP en NADPH wordt gebruikt om deze moleculen om te zetten in G3P. Een van de drie-koolstofmoleculen van G3P verlaat de cyclus en wordt onderdeel van een koolhydraatmolecuul. De resterende G3P-moleculen blijven in de cyclus om terug te worden gevormd tot RuBP, dat klaar is om te reageren met meer CO2. Fotosynthese vormt een uitgebalanceerde energiecyclus met het proces van cellulaire ademhaling. Planten zijn in staat tot zowel fotosynthese als cellulaire ademhaling, omdat ze zowel chloroplasten als mitochondriën bevatten.

Oefenvraag

Welk deel van de Calvincyclus zou worden beïnvloed als een cel het enzym RuBisCO niet zou kunnen produceren?

[oefengebied rijen=”4″][/oefengebied]
[reveal-answer q=”968396″]Antwoord weergeven[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”968396″]Geen van de cyclus kan plaatsvinden, omdat RuBisCO essentieel is bij het vastleggen van koolstofdioxide. In het bijzonder katalyseert RuBisCO de reactie tussen koolstofdioxide en RuBP aan het begin van de cyclus.

[/verborgen-antwoord]

Samenvatting

Nu we hebben geleerd over de verschillende onderdelen van fotosynthese, laten we het allemaal samenvoegen. Deze video leidt je door het proces van fotosynthese als geheel:

Een YouTube-element is uitgesloten van deze versie van de tekst. Je kunt het hier online bekijken: pb.libretexts.org/biowm/?p=130

Controleer uw begrip

Beantwoord de onderstaande vraag(en) om te zien hoe goed u de onderwerpen begrijpt die in de vorige sectie zijn behandeld. Deze korte quiz doet het niet tellen mee voor je cijfer in de klas, en je kunt het een onbeperkt aantal keren opnieuw doen.

Gebruik deze quiz om te controleren of u het goed hebt begrepen en om te beslissen of u (1) het vorige gedeelte verder wilt bestuderen of (2) door wilt gaan naar het volgende gedeelte.


Fotosynthese

Fotosynthese is de biochemische route die de energie van licht omzet in de bindingen van glucosemoleculen. Het proces van fotosynthese vindt plaats in twee stappen. In de eerste stap wordt energie uit licht opgeslagen in de bindingen van adenosine trifosfaat (ATP), en nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat (NADPH). Deze twee energiebesparende cofactoren worden vervolgens gebruikt in de tweede stap van de fotosynthese om organische moleculen te produceren door koolstofmoleculen te combineren die zijn afgeleid van koolstofdioxide (CO2). De tweede stap van fotosynthese staat bekend als de Calvincyclus. Deze organische moleculen kunnen vervolgens door mitochondriën worden gebruikt om ATP te produceren, of ze kunnen worden gecombineerd om glucose, sucrose en andere koolhydraten te vormen. De chemische vergelijking voor het hele proces is hieronder te zien.


De structuur van Photosystem I, geacclimatiseerd aan verrood licht, verlicht een ecologisch belangrijk acclimatisatieproces in fotosynthese

Fototrofe organismen zijn uitstekend aangepast aan verschillende lichtomgevingen, maar moeten vaak wennen aan de uitdagende concurrentie voor zichtbare lichtgolflengten in hun niches. Sommige cyanobacteriën overwinnen deze uitdaging door paraloge fotosynthetische eiwitten tot expressie te brengen en door synthese en opname van

8% chlorofyl f in hun Photosystem I (PSI) -complexen, waardoor ze kunnen groeien onder verrood licht (FRL). We hebben de structuur van FRL-geacclimatiseerde PSI van de cyanobacterie opgelost Fischerella thermalis PCC 7521 door cryo-elektronenmicroscopie met één deeltje om de structurele en functionele verschillen te begrijpen. Vier bindingsplaatsen bezet door chlorofyl f worden voorgesteld. Subtiele structurele veranderingen stellen FRL-aangepaste PSI in staat om het gebruik van licht voor zuurstofische fotosynthese uit te breiden tot bijna 800 nm. Deze structuur biedt een platform voor het begrijpen van FRL-gestuurde fotosynthese en illustreert de robuustheid van adaptieve en acclimatisatiemechanismen in de natuur.

Copyright © 2020 De auteurs, sommige rechten voorbehouden exclusieve licentiehouder American Association for the Advancement of Science. Geen aanspraak op originele Amerikaanse overheidswerken. Gedistribueerd onder een Creative Commons Attribution License 4.0 (CC BY).

Figuren

Fig. 1. Identificatie van FRL-PSI-subeenheden binnen...

Fig. 1. Identificatie van FRL-PSI-subeenheden binnen de van cryo-EM afgeleide dichtheidskaart.

Afb. 2. Structuur van F. thermalis FRL-PSI…

Afb. 2. Structuur van F. thermalis FRL-PSI binnen de dichtheidskaart.

Fig. 3. FRL-PSI-variatie vergeleken met WL-PSI...

Fig. 3. FRL-PSI-variatie vergeleken met WL-PSI zoals gezien op het stromale oppervlak.


C6H12O6 (glucose)

Een glucose (suiker) molecuul is het product van elke lichtonafhankelijke reactie die optreedt in het stroma van de chloroplast tijdens fotosynthese. Glucose wordt gemaakt door twee van de drie-koolstofsuikerproducten van de Calvin-cyclus samen te voegen tot een zes-koolstofsuiker. Glucose kan worden gemaakt tot grotere suikers (sucrose) of koolhydraten zoals zetmeel en cellulose. Suikers verlaten het blad via het floëem en reizen naar de wortels voor opslag of naar andere delen van de plant, waar ze worden gebruikt als energie om de activiteiten van de plant te voeden.


Fotosynthese Woordenschattermen en definities

Fotosynthese is het proces waarbij planten en bepaalde andere organismen glucose maken uit koolstofdioxide en water. Om te begrijpen en te onthouden hoe fotosynthese werkt, helpt het om de terminologie te kennen. Gebruik deze lijst met fotosynthesetermen en -definities voor beoordeling of om flashcards te maken om u te helpen belangrijke fotosyntheseconcepten te leren.

ADP - ADP staat voor adenosinedifosfaat, een product van de Calvincyclus dat wordt gebruikt bij de lichtafhankelijke reacties.

ATP - ATP staat voor adenosinetrifosfaat. ATP is een belangrijk energiemolecuul in cellen. ATP en NADPH zijn producten van de lichtafhankelijke reacties in planten. ATP wordt gebruikt bij de reductie en regeneratie van RuBP.

autotrofen - Autotrofen zijn fotosynthetische organismen die lichtenergie omzetten in de chemische energie die ze nodig hebben om zich te ontwikkelen, te groeien en zich voort te planten.

Calvin cyclus - De Calvin-cyclus is de naam die wordt gegeven aan de reeks chemische reacties van fotosynthese waarvoor niet per se licht nodig is. De Calvincyclus vindt plaats in het stroma van de chloroplast. Het omvat de fixatie van koolstofdioxide in glucose met behulp van NADPH en ATP.

kooldioxide (CO2) - Kooldioxide is een gas dat van nature in de atmosfeer voorkomt en dat een reactant is voor de Calvin-cyclus.

Koolstoffixatie - ATP en NADPH worden gebruikt om CO . te fixeren2 in koolhydraten. Koolstoffixatie vindt plaats in het chloroplast-stroma.

chemische vergelijking van fotosynthese - 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

chlorofyl - Chlorofyl is het primaire pigment dat wordt gebruikt bij fotosynthese. Planten bevatten twee hoofdvormen van chlorofyl: a & b. Chlorofyl heeft een koolwaterstofstaart die het verankert aan een integraal eiwit in het thylakoïdemembraan van de chloroplast. Chlorofyl is de bron van de groene kleur van planten en bepaalde andere autotrofen.

chloroplast - Een chloroplast is het organel in een plantencel waar fotosynthese plaatsvindt.

G3P - G3P staat voor glucose-3-fosfaat. G3P is een isomeer van PGA gevormd tijdens de Calvin-cyclus

glucose (C6H12O6) - Glucose is de suiker die het product is van fotosynthese. Glucose wordt gevormd uit 2 PGAL's.

granum - Een granum is een stapel thylakoïden (meervoud: grana)

licht - Licht is een vorm van elektromagnetische straling, hoe korter de golflengte, hoe meer energie. Licht levert de energie voor de lichtreacties van fotosynthese.

lichtoogstcomplexen (fotosysteemcomplexen) - Een fotosysteem (PS)-complex is een multi-eiwiteenheid in het thylakoïdemembraan dat licht absorbeert om als energie voor reacties te dienen

lichtreacties (lichtafhankelijke reacties) - De lichtafhankelijke reacties zijn chemische reacties die elektromagnetische energie (licht) vereisen en die plaatsvinden in het thylakoïdemembraan van de chloroplast om lichtenergie om te zetten in chemische vormen ATP en NAPDH.

lumen - Het lumen is het gebied binnen het thylakoïde membraan waar water wordt gesplitst om zuurstof te verkrijgen. De zuurstof diffundeert uit de cel, terwijl de protonen binnen blijven om een ​​positieve elektrische lading in de thylakoïde op te bouwen.

mesofyl cel - Een mesofylcel is een soort plantencel die zich tussen de bovenste en onderste epidermis bevindt en de plaats is voor fotosynthese

NADPH - NADPH is een hoogenergetische elektronendrager die wordt gebruikt bij reductie

oxidatie - Oxidatie verwijst naar het verlies van elektronen

zuurstof (O2) - Zuurstof is een gas dat een product is van de lichtafhankelijke reacties

palissade mesofyl - De palissade meophyill is het gebied van de mesofylcel zonder veel luchtruimten

PGAL - PGAL is een isomeer van PGA dat gevormd wordt tijdens de Calvincyclus.

photosynthesis - Photosynthesis is the process by which organisms convert light energy into chemical energy (glucose).

fotosysteem - A photosystem (PS) is a cluster of chlorophyll and other molecules in a thylakoid that harvest the energy of light for photosynthesis

pigment - A pigment is a colored molecule. A pigment absorbs specific wavelengths of light. Chlorophyll absorbs blue and red light and reflects green light, so it appears green.

vermindering - Reduction refers to the gain of electrons. It often occurs in conjunction with oxidation.

rubisco - Rubisco is an enzyme that bonds carbon dioxide with RuBP

thylakoid - The thylakoid is a disc-shaped portion of chloroplast, found in stacks called grana.


Hormones & reproduction - planning 6.6

Planning sheet for introduction to cellsUnderstanding(s):Hormones introductionHormones in human development & reproductionHormones in IVF & HRTEssential Question(s) TOK / Nature of Science / IMSkills students will have:Homeostasis of Glucose.Harvey and the search for ovaTime: 1hr Students are introduced to hormones in this lesson using three examples, leptin, thyroxin and melatonin. These examples clearly illustrate.

Om toegang te krijgen tot de volledige inhoud van deze site, moet u inloggen of u erop abonneren.


6.6.5 Outline the process of in vitro fertilization (IVF).

  1. For a period of three weeks, the women has to have a drug injected to stop her normal menstrual cycle.
  2. After these three weeks, high doses of FSH are injected once a day for 10-12 days so that many follicles develop in the ovaries of the women.
  3. HCG (another hormone) is injected 36 hours before the collection of the eggs. HCG loosens the eggs in the follicles and makes them mature.
  4. The man needs to ejaculate into a jar so that sperm can be collected from the semen. The sperm are processed to concentrate the healthiest ones.
  5. A device that is inserted through the wall of the vagina is used to extract the eggs from the follicles.
  6. Each egg is then mixed with sperm in a shallow dish. The dishes are then put into an incubator overnight.
  7. The next day the dishes are looked at to see if fertilization has happened.
  8. If fertilization has been successful, two or three of the embryos are chosen to be placed in the uterus by the use of a long plastic tube.
  9. A pregnancy test is done a few weeks later to find out if any of the embryos have implanted.
  10. A scan is done a few weeks later to find out if the pregnancy is progressing normally.

Samuel Ruben

In air, water and other natural materials containing oxygen, 99.76% of the oxygen atoms are 16 O and only 0.20% of them are the heavier isotope 18 O. In 1941, Samuel Ruben and his coworkers at the University of California were able to prepare specially "labeled" water in which the 0.85% of the molecules contained 18 O atoms. When this water was supplied to a suspension of photosynthesizing algae, the proportion of 18 O in the oxygen gas that was evolved was 0.85%, the same as that of the water supplied, and not simply the 0.20% found in all natural samples of oxygen (and its compounds like CO2).

% 18 O FOUND IN
EXPERIMENT H2O CO2 O2
1. START 0.85 0.20 &mdash
FINISH 0.85 0.61 * 0.86
2. START 0.20 0.68 &mdash
FINISH 0.20 0.57 0.20
* A non-biochemical exchange of oxygen atoms between the water and the bicarbonate ions used as a source of CO2 explains the uptake of the isotope by CO2 in the first experiment.

These results clearly demonstrated that Senebier's interpretation was in error. If all the oxygen liberated during photosynthesis comes from the carbon dioxide, we would expect the oxygen evolved in Ruben's experiment to contain simply the 0.20% found naturally. If, on the other hand, both the carbon dioxide and the water contribute to the oxygen released, we would expect its isotopic composition to have been some intermediate figure. In fact, the isotopic composition of the evolved oxygen was the same as that of the water used.

Ruben and his colleagues also prepared a source of carbon dioxide that was enriched in 18 O atoms. When algae carried out photosynthesis using this material and natuurlijk water, the oxygen that was given off was not enriched in 18 O. It contained simply the 0.20% 18 O found in the natural water used. The heavy atoms presumably became incorporated in the other two products (carbohydrate and by-product water).

These experiments lent great support to Van Niel's idea that one function of light in photosynthesis was the separation of the hydrogen and oxygen atoms of water molecules. But there remained to work out just how the hydrogen atoms were made available to the dark reactions. The process is described in Photosynthesis: The Role of Light.

The details of the dark reactions of photosynthesis are described in Photosynthesis: Pathway of Carbon Fixation


6.6: Photosynthesis - Biology

Audesirk / Audesirk Biology: Life on Earth Chapter 7: Capturing Solar Energy: Photosynthesis

Lecture Outline

I. The Flow of Energy Through Life Figure 7-1

A. Organisms can be classified as being either autotrophs or heterotrophs .

B. Autotrophs are "self-nourishing."

1. They obtain carbon from carbon dioxide.

2. Photosynthetic autotrophs (plant, protistan, and bacterial members) harness light energy.

3. Chemosynthetic autotrophs (a few bacteria) extract energy from chemical reactions involving inorganic substances (such as sulfur compounds).

C. Heterotrophs feed on autotrophs, each other, and organic wastes.

1. Heterotrophs acquire carbon and energy from autotrophs.

2. Heterotrophs include animals, protistans, bacteria, and fungi.

D. Carbon and energy enter the web of life by photosynthesis and in turn are released by glycolysis and aerobic respiration.

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 <=> 6 CO 2 + 6 H 2 O

6 CO 2 + 6 H 2 O + sunlight energy -> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Glucose Metabolism (Energy-Releasing)

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 -> 6 CO 2 + 6 H 2 O + energy

II. Photosynthesis: An Overview Figure 7-2

A. Where the Reactions Take Place

1. The two stages of photosynthesis take place in the chloroplast.

2. Light-dependent reactions occur in the thylakoid membrane system.

A. The thylakoids are folded into grana (stacks of disks) and channels.

B. The interior spaces of the thylakoid disks and channels are continuous and are filled with H+ needed during ATP synthesis.

3. Carbohydrate formation occurs in the stroma (semifluid) area that surrounds the grana.

B. Energy and Materials for the Reactions Figure 7-8

1. The light-dependent reactions (chlorophyll and other molecules in the membranes of the thylakoids) convert light energy to chemical energy (which is then stored in ATP) the liberated electrons are picked up by NADPH.

2. The light-independent reactions assemble sugars and other organic molecules using ATP, NADPH, and CO 2 .

3. Overall, for glucose formation:

6 CO 2 + 6 H 2 O + sunlight energy -> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

III. Light-Dependent Reactions

A. Three events occur:

1. Pigments absorb sunlight energy and give up electrons.

2. Electron and hydrogen transfers lead to ATP and NADPH formation.

3. The pigments that gave up the electrons in the first place get electron replacements.

B. Light-Trapping Pigments Figure 7-3

1. Light energy is packaged as photons, which vary in energy as a function of wavelength.

A. Organisms use only a small range (400-750 nm) of wavelengths for photosynthesis, vision, and other processes.

B. Most of these wavelengths are the ones we see as visible colors.

2. Pigments absorb light energy and give up electrons.

A. Chlorophyll pigments absorb violet, blue and red but reflect green (the color of leaves).

B. Carotenoid pigments absorb blue and green but reflect yellow, orange and red.

NS. Phycocyanins absorb green and yellow but reflect blue or purple.

1. A photosystem is a cluster of 200 to 300 light-absorbing pigments located in the thylakoid.

2. The pigments "harvest" sunlight.

A. Absorbed photons of energy boost electrons to a higher level.

B. The electrons quickly return to the lower level and release energy.

C. Released energy is trapped by chlorophylls, which act as a sink for energy harvested by all pigments.

NS. The trapped energy is then used to transfer a chlorophyll electron to an acceptor molecule.

3. Noncyclic Pathway-Photosystem II Then Photosystem I

A. The noncyclic pathway of ATP formation transfers electrons through two photosystems and two electron transport systems (ETS) in the thylakoid membranes.

B. The pathway begins when chlorophyll P680 in photosystem II absorbs energy.

1) Boosted electron moves through a transport system that releases energy for ADP + Pi -> ATP. Photosystem II generates ATP.

2) Electron fills "hole" left by electron boost in P700 of photosystem I.

3) Electron from photolysis of water fills "electron hole" left in P680 and produces oxygen by-product.

C. Pathway continues when chlorophyll P700 in photosystem I absorbs energy.

1) Energy hole is filled by electron from P680.

2) Boosted electron from P700 passes to acceptor, then ETS it finally joins NADP to form NADPH (which along with ATP can be used in synthesis of organic compounds). Photosystem I generates NADPH.

4. Cyclic Pathway-Photosystem I Only

A. In the cyclic pathway of ATP formation, electrons are first excited, pass through an electron transport system, and then return to the original photosystem.

B. This photosystem is characterized by the presence of chlorophyll P700.

C. The cyclic pathway is an ancient way to make ATP from ADP it was used by early bacteria.

D. A Closer Look at ATP Formation in Chloroplasts

1. Hydrogen ions from photolysis of water accumulate inside the thylakoid compartment of chloroplasts to set up concentration and electric gradients.

2. Electrons expelled from a chlorophyll molecule go through one or two electron transport systems in the thylakoid membranes.

A. As the electron passes from one molecule to another in each system, phosphate is added to ADP to form ATP.

3. This mechanism is the chemiosmotic theory.

NS. Light-Independent Reactions

A. Overview

1. The participants and their roles in the synthesis of carbohydrate are:

A. ATP, which provides energy

B. NADPH, which provides hydrogen atoms and electrons

C. Atmospheric air, which provides the carbon and oxygen from carbon dioxide.

2. The reactions are not dependent on sunlight directly.

B. Capturing Carbon (Calvin-Benson Cycle or C3 Cycle) Figure 7-5

1. Carbon dioxide diffuses from the air, across the plasma membrane of the plant cell, and into the stroma.

2. Carbon fixation occurs when CO 2 becomes attached to ribulose bisphosphate (RuBP) to form a six-carbon intermediate sugar.

C. Building the Glucose Subunits

1. The attachment of CO 2 to RuBP is the first step in the cyclic Calvin-Benson pathway:

A. The six-carbon intermediate splits at once to form two (3C) PGA (phosphoglycerate) molecules.

B. Each PGA then receives a Pi from ATP (formed in the light-dependent reactions) plus H+ and electrons from NADPH to form PGAL (phosphoglyceraldehyde).

C. Most of the PGAL molecules continue in the cycle to fix more carbon dioxide, but two PGAL join to form a sugar phosphate, which will be modified to sucrose, starch, and cellulose.

12 H 2 O + 6 CO 2 + 18 ATP + 12 NADPH ->

C 6 H 12 O 6 + 18 ADP + 18 P i + 12 NADP+ + 6 H 2 O + 12 H +

V. The Reactions, Start to Finish

A. Sugar phosphates are used as cellular fuel and as building blocks in synthesis of sucrose or starch.

1. Sucrose is the most easily transportable.

2. Starch is the main storage form, but it can be converted back to sucrose for distribution to leaves, stems, and roots.

B. Photosynthesis also yields intermediates and products that can be used in lipid and amino acid synthesis.

VI. Water, CO 2 and the C 4 Pathway

A. Fixing Carbon Twice, in Two Cell Types Figure 7-6 and 7-7

1. Plants in hot, dry environments close their stomata to conserve water but in so doing retard carbon dioxide entry and permit oxygen buildup inside the leaves.

2. Thus, oxygen-not carbon dioxide-becomes attached to RuBP to yield one PGA (instead of two) and one phosphoglycolate (not useful) this nonproductive process is called photorespiration.

3. To overcome this fate, crabgrass, sugarcane, corn, and other plants fix carbon twice (in mesophyll cells, then in bundle-sheath cells) to produce oxaloacetate (a four-carbon), C4 compound, which can then donate the carbon dioxide to the Calvin-Benson cycle.

B. Fixing and Storing Carbon by Night, Using It by Day

1. Succulents, such as cacti, open their stomata and fix CO 2 only at night, storing the intermediate product for use in photosynthesis the next day.

2. These plants are known as CAM plants because, unlike C4 species, they do not fix carbon in separate cells but at different times.

Copyright 1997 by Steven Wormsley
Last Updated on September 12, 1997


BSC 2010C: Principles of Biology I: Photosynthesis

autotrofen - make organic molecules themselves by photosynthesis eg green plants, algae.

heterotrofen - take in organic molecules ready made eg animals (feeding), fungi (decomposing).

Leaf structure
Water comes into the leaf through veins from the roots. Leaf anatomy. CO2 enters the leaf through small holes called huidmondjes.
Chloroplasts are mainly on the top surface of the leaf. Chloroplasten

Er zijn two stages of photosynthesis :
1) Light reactions : use light energy to form ATP and also split water into hydrogen (added to NADP to make NADPH) and oxygen (waste).

2) Calvin cycle : uses NADPH and ATP to form carbohydrate from carbon dioxide.

Licht
Different colors of light are different wavelengths : red light has a longer wavelength than blue light.

chlorofyl reflects ( does not use ) green light it absorbs ( uses ) red and blue light. Electron acceptor molecules hold high energy electrons, to stop them from wasting the energy as heat.
EEN fotosysteem is a chlorophyll molecule, electron acceptor and other light gathering molecules like carotene. One idea to help the search for life on other planets is to look for the characteristic wavelengths of light that are reflected by photosynthetic organisms.

Light reactions
The light reactions take place in the grana of the chloroplast.

A) Cyclic electron flow - uses photosystem I
- produces ATP, using a proton pump.

B) Non-cyclic electron flow - uses photosystems I and II
- produces ATP and NADPH molecules.
- splits water to get electrons from the hydrogen.

Calvin cycle
This takes place in the stroma of the chloroplast.

It takes in CO2 and produces carbohydrate ( glyceraldehyde phosphate ).

The Calvin cycle uses the ATP and NADPH that were produced in the light reactions.

In artificial photosynthesis light is used to split water and produce hydrogen. Hydrogen is an excellent fuel. Hydrogen powered cars have a range of over 300 miles and can be refueled in a few minutes. 2015 Hydrogen-powered Hyundai

Production of organic molecules
Glyceraldehyde phosphate is used to make glucose ( C6H12O6 ). Glucose can be stored in the plant as starch.
Other enzymes convert carbohydrates into lipids.
Plants can make proteins if they have nitrate ( absorbed into roots from fertilizer ) and nucleic acids if they have phosphate.


Three different types of plants:

1) C3 plants : typical plants that open their stomata during the day, and close their stomata at night.
Common plants in cool areas eg Canada.

2) C4 plants : open their stomata only briefly during the day.
They store CO2 as the 4 carbon sugar : oxaloacetate.
Mainly tropical plants eg sugarcane.

3) CAM plants : only open their stomata at night, to conserve water.
These are desert plants like cactus.