Plantenfysiologie fotosynthese samenvatting PDF

Preview

Summary

Download Plantenfysiologie fotosynthese samenvatting PDF

Description

Plantenfysiologie  de fotosynthese Inleiding een fysico – chemisch proces waarbij de stralingsenergie van zichtbaar licht wordt omgezet in de synthese van organische moleculen (chemische energie)Dit proces kan enkel uitgevoerd worden door planten, algen en fotosynthese rende bacteriën.  Omzetting licht- of stralingsenergie in chemische energie  Opname van CO2en afgifte van O2  Belangrijkste proces op aarde dat alle leven mogelijk maakt  Globale reactie : –CO2+ 2H2A + lichtenergie → (CH2O) + 2A + H2O  Lichtreactie : productie van energiemoleculen  Donkerreacties : CO2- fixatie

De chloroplasten  hierin gebeurt de fotosynthese Oorsprong van chloroplasten zijn bacteriën. Chloroplasten zijn omgeven door uitwendige membraan & stroma: vloeistof die de thylakoïden omvat. Er is ook een inwendige membraanstructuur. Dit bevat:  Thylakoïden membraan  groene membraanschijfjes waaruit membranen bestaan  grana (granum)  Opeenstapeling van verschillende thylakoïden  lumen  Vloeistof in thylakoïden membraan Lumen : lichtreacties Stroma : donkerreacties

Weten waar reacties gebeuren

Chlorofyl, andere pigmenten en licht Het licht dat belangrijk is voor de fotosynthese bij planten komt ongeveer overeen met de gevoeligheid van het menselijk oog voor licht. Licht  Elektromagnetische straling met een golflengte van 400 – 700 nm Zichtbaar licht  Spectrum dat voor ons zichtbaar is  Licht voor de fotosynthese = PAR  actieve straling  50 % van zonlicht  Tussen UV en IR  Mens vooral gevoelig voor groen  Plant vooral gevoelig voor blauw en rood

Terwijl een plant gevoeliger is voor blauw en rood licht , is het menselijk oog vooral gevoelig voor groen licht. Omdat groen licht bij planten vooral wordt gereflecteerd zien planten groen en heeft de aarde vanuit de ruimte gezien zo’n blauw (door water) groene schijn

Pigmenten  Absorberen licht  Kleur pigment wordt gereflecteerd Fotosynthesepigment Bezit vooral chlorofyl a, de taak hier van is energie opvangen. Het hulpigmenten vangen ook energie op. Altijd ingebed in een complexe structuur met eiwit. In het reactiecentrum gebeurt eigenlijk de reactie (Chl a) Antennemoleculen Deze kunnen lichtenergie opvangen en geven dit trapsgewijs door totdat dit bij een reactiecentrum terechtkomt. Cellen in bladeren die vooral in de schaduw hangen, zullen meer antennemoleculen bevatten dan cellen van bladeren die veel zonlicht opvangen. Het antennesysteem zorgt ervoor dat de reactiecentra voldoende energie opvangen om zo de fotosynthese op een voldoende hoog peil te houden. Extra Magnesium geeft de groen kleur dus zonder magnesium zou dus de fotosynthese niet plaats kunnen vinden.

De lichtreactie De thylakoïdenmembraan bevat 2 fotosystemen 1) Fotosysteem I (P700)  Chlorofyl a absorbeert licht van 700 nm 2) Fotosysteem II (P680)  Chlorofyl a absorbeert licht van 680 nm Doel: Elektron op hoog niveau brengen: Hierdoor productie van energiemoleculen  ATP = Adenosinetrifosfaat: Centrale energieleverancier  NADPH = Nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat: biochemische elektronendrager Neveneffecten: Splitsing van H2O in 2H+en O Lichtreactie  Niet cyclisch elektronentransport  Vorming van ATP en NADPH  Cyclisch elektronentransport  Vorming van ATP

Lichtreactie  Niet cyclisch elektronentransport (Z-schema)  Zet lichtenergie om in chemische energie  Opgeslagen als ATP en NADPH  Dit heeft tot gevolg  Elektronen doorgegeven van water op NADP+  Vorming van ATP via niet cyclische fosforylatie  Vorming van NADPH  vorming van zuurstof  De geëxciteerde e-van PSII worden van de primaire e-acceptor doorgegeven aan de e transportketen  Plastochinon(Pq)  Cytochroom complex  Plastocyanine(Pc)  Elektronen worden via Pc afgegeven aan PSI om de hier verloren e-terug aan te vullen  Geëxciteerde e-van PSI worden doorgegeven aan de primaire acceptor ferredoxine(Fd)  NADP+reductase verplaatst de e-van Fdnaar NADP+om NADPH aan te maken

Cyclishce fotofosforylatie  Per 4 e-is de opbrengst 2 NADPH en 2 ATP  Maar voor de reductie van CO2 tot (CH2O) zijn er per molecule CO22 NADPH en 3 ATP nodig  Daarom is er nog aanvullend een cyclisch elektronentransport nodig

Lichtreactie  Cyclisch elektronentransport     

De eenvoudigste weg Betreft enkel PSI Elektronen die het reactiecentrum van PSI verlaten keren er terug naar toe Elektronen gaan via Fdnaar het cytochroom complex van de e-transportketen Produceert ATP door cyclische fosforylatie  Produceert geen NADPH  Produceert geen zuurstof  Dit is nodig daar de Calvin cyclus :  Een hogere behoefte heeft aan ATP dan aan NADPH  Dus cyclisch e transport is absoluut noodzakelijk Extra Als planten een tekort aan koper, ijzer, mangaan heeft, komt de fotosynthese in gedrang doordat veel eiwitcomplexen en elektronencarriers aan deze stoffen gebonden worden  Het blad word er geel door

Donkerreactie Gebruikt ATP en NADPH aangemaakt in de lichtreactie om CO2te reduceren en suiker aan te maken. ATP is de energiebron & NADPH is de elektronenbron. De Calvin cyclus is op te splitsen in 3 fases:  De fixatie van CO2  De reductie van CO2tot suikers  De regeneratie van de CO2acceptor Fase 1: Fixatie  3 CO2worden in de cyclus opgenomen  Elke CO2 bindt met RuBP  Rubisco is de catalysator  Dit geeft 3 onstabiele C6 suikers die elk splitsen in 2 C3 suikers Fase 2: reductie  2 stappen : fosforylatie gevolgd door reductie  NADPH fungeert als e donor  Gebruik van 6 ATP en 6 NADPH  Productie van 6 x 3PGA  Slechts 1 3 PGA verlaat de Calvin cyclus Fase 3: regeneratie  Hiervoor zijn er 3 ATP nodig  RuBP wordt geregenereerd  Neemt 5 x 3C suikers en herschikt ze tot 3 x 5C suikers (= 3 x RuBP) Fotorespiratie  Rubisco kan O2gebruiken om RuBP te ontbinden  Normaal vertoont rubisco affiniteit voor CO2  Fotorespiratie verbruikt NADPH, ATP en produceert CO Hoewel deze reactie geen licht nodig heeft is ze afhankelijk van de aanvoer van ATP en NADPH welke gevormd worden in de lichtreactie

C4 & CAM planten Op hete zomerdagen sluiten de planten de huidmondjes om waterverlies te beperken Geen CO2toevoer meer, In de plant daalt de CO2 en stijgt O2, rubisco reageert met O2 i.p.v. met CO2 Gevolg : fotorespiratie Aanpassing : C4-planten & CAM-planten De C4-planten planten die groeien in regio’s met hoge temperatuur en hoge lichtintensiteit  Concentreren van CO2in de plant  Start met C4 : oxaalacetaat  Transport van C4 naar O2arm milieu  Decarboxylering van oxaalacetaat De CAM-planten Crassulacean Acid Metabolism  S’nachts openen de stomata om CO2 vast te leggen in oxaalacetaat, wat dan gedecarboxyleerd wordt tot malaat  Overdag, wanneer er voldoende ATP en NADPH is, geeft malaat CO2 vrij voor de fotosynthese

Afbeelding Rechts:  C4 Blad: maïs

Links:  C3 Blad: aardappelen

Beperken van waterverlies Fysiologische aanpassingen  Dehydratatie bij droogte  Rehydratatie bij voldoende vocht Anatomische en morfologische aanpassingen  Zeer dikke waslaag  Oprollen bladeren  Geen bladeren

Synthese van suikers    

PGA + ATP en NADPH = fosfoglyceraldehyde 3C of triose(niet stabiel) 2 x triose= hexosevb. Glucose 2 x hexose= disacharide vb. sucrose Polysacharide :  Zetmeel :reservestof (sucrose-eenheden)  Inuline :reservestof (fructose-eenheden)  Verhogen osmotische potentiaal niet  Cellulose :stabielere binding en structuurelement

Celademhaling In de meeste planten wordt de glucose eerst in zetmeel omgezet. Zetmeel is onoplosbaar en is daardoor beter geschikt als reservestof. De ademhaling is de verbranding van glucose met O2. De ademhalingsreactie gebeurt in 3 stappen:  Glycolyse  Krebscyclus  eindoxidaties

Glycolyse  Afbraak van glucose (C6) tot 2 pyruvaat(C3)  Met vorming van 2 ATP en 2 NADH + 2H+  Dit gebeurt in het celplasma  Er is geen O2nodig  Globale netto reactie voor de glycolyse: C6H12O6+ 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+→ 2 pyruvaat+ 2 NADH + 2 H++ 2 ATP + 2 H2O

Krebscyclus Decarboxyleringvan pyruvaat:  Het pyruvaat:  Wordt opgenomen in de mitochondriën (in aerobe omstandigheden)  Komt in de matrix van de mitochondriënOxideert tot acetyl-CoA  Er vormt zich hierbij 1 CO2 & NADH + H+ De Krebscyclus:  Acetyl-CoA  Gaat de Krebscyclusbinnen  Reageert met oxaalacetaat  Er vormt zich citraat  Het CoAkomt dan terug vrij

Eindoxidatie  De glycolyse-Krebsgeeft:  Een beperkte ATP opbrengst:  4 ATP per glucose: o 2 ATP uit de glycolyse o 2 ATP uit de Krebscyclus  De grootste energieopbrengst wordt bekomen uit elektronentransportketen:  NADH en FADH2»= recuperatie van NAD+  Elektronenstroom zorgt voor energieomzetting  De oxidatieve fosforylering  Gebeurt m.b.v. de elektronentransportketen op de binnenmembraanven de mitochondriën  Vrij gekomen energie opgeslagen ovv ATP

Regulering fotosynthese  belangrijkste factoren die de fotosynthese beïnvloeden  .Licht  Temperatuur  Concentratie van CO2  Water  Voedingsstoffen  Ouderdom van de bladeren

Licht Meer licht betekend meer fotosynthese. 1 enkel blad is sneller verzadigd dan de hele plant. De onderste bladeren van de plant verzadigen niet snel. Wanneer er te veel licht ineens is dus een plotse overgang, te hoge tempraturen. Dit kan verbranding geven in de plant laat de plant aanpassen indien mogelijk Bladeren ontstaan bij veel licht. Dit wil zeggen meer chlorofyl, chloroplasten, cellagen dus ook dikker. Lichtopvang blad = groei Bladindex of LAI  hoe beter hoe beter de benutting van licht  Blad laat gemiddeld 10 % licht door  Te hoog : onderste bladeren geen netto fotosynthese  Te laag : slechte benutting  Hoger voor grassen : opgerichte bladstand  Lager voor planten met horizontale bladstand  Meer licht : best hogere LAI Chloroplast : platte schijf    

Te veel licht : dunne rand naar licht Te weinig licht : grootste oppnaar licht In cel bij veel licht : bij elkaar tegen binnenwand In cel bij weinig licht : mooi verspreid

LAI te laag  Gedeelte van het licht zal op de grond terechtkomen en gaat verloren voor de plant LAI te hoog  De onderste bladeren gaan meer koolhydraten verademen dan ze opbouwen  m.a.w. er is geen nettofotosynthese meer

onze cultuurgewassen hebben vaak een te lage LAI vandaar de hogere opbrengst van wintergranen i.v.m. zomergranen. Terwijl in het najaar er vaak een te hoge LAI is. Bij voldoende lichtintensiteit is de optimale LAI 5.

Tempratuur De tempratuur beïnvloed de snelheid van de reacties. Er is geen fotosynthese bij het vriespunt. Zijn de tempraturen tussen de 20°c – 35°c dat stijgt da fotosynthese tot het maximumniveau. Bij een tempratuur van + 35°c zal da fotosynthese op het maximumniveau blijven. Boven de 45°c zal de plant sterven, sommige eiwitten werken niet meer. Ook word de ademhaling beïnvloed door een stijgende tempratuur. Compensatiepunt Punt waar er geen netto - fotosynthese is en ook geen netto - afbraak. Bij dit punt wordt het niveau van fotosynthese juist gecompenseerd door de fotorespiratie en de ademhaling. Boven dit punt groeit de plant en eronder neemt de plant in drooggewicht af.

Meten van lichtaanbod  LUX-meter Meet licht waar menselijk oog gevoelig voor is. Geeft de fotosynthetische actieve straling niet zo goed weer.

Meter van lichtaanbod  PAR meter Meet de fotosynthetische actieve straling 400 –700 nm. Meet al het licht dat voor fotosynthese kan gebruikt worden. Is het enige betrouwbare toestel (fotosynthese).

Meter van lichtaanbod  solarimeter Zit in het weerstation. Moet de klimaatcomputer aansturen

Meter van lichtaanbod  spectroradiometer Meet het lichtspectrum (de golflengten) dat uitgestuurd wordt door de lichtbron. Zo is de verhouding tussen de lichtkleuren te bepalen

Huidmondjes Stomata zijn erg belangrijk in regulering fotosynthese. Twee boonvormige sluitcellen, die spleet kunnen openen of sluiten. Deze zijn omgeven door twee of meerdere buurcellen. Sluitcellen bevatten chloroplasten en zetmeelkorrels. Vormen een opening wanneer ze zich in turgortoestand bevinden Meestal overdag open en ‘s nachts gesloten. Gesloten huidmondjes : minimale fotosynthese. Sluiten door lichtgebrek, watergebrek en hoge CO2. Beregenen kan sluiten huidmondjes voorkomen en fotosyntheserendement verbeteren -Functie: Plant voeden en dorst voorkomen....