Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

VÄXTFYSIOLOGI Fortbildningscentralen hösten 2005 Peter Rönnberg.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "VÄXTFYSIOLOGI Fortbildningscentralen hösten 2005 Peter Rönnberg."— Presentationens avskrift:

1 VÄXTFYSIOLOGI Fortbildningscentralen hösten 2005 Peter Rönnberg

2 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

3 Tenttillfällen Tentamensdatum: (v ), v , v , (v ) Torsdagar kl

4 Innehåll 1. Växtcellen 2. Växtcellens delar, organeller 3. Cellmembranens byggnad och funktion 4. Respiration 5. Fotosyntes 6. Yttre faktorer och tillväxt 7. Näringsämnen 8. Transport av vatten och näringsämnen i växten

5 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, H 2 O (molekyler) och K + (joner), medan andra stora, t.ex. kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror

6 1. Växtcellen forts. Organiska molekyler  Kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror Kolhydrater (socker):  monosackarider, disackarider och polysackarider  Dessa har alla olika funktioner

7 1. Växtcellen forts.  Monosackarider fungerar som byggnadsmaterial och energikälla  Hydrofila => löser sig lätt i vatten  Biologiskt viktiga monosackarider: - glyceraldehyd (C 3 H 6 O 3 ) - ribos (C 5 H 10 O 5 ) - glukos (C 6 H 12 O 6 )

8 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

9 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

10 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

11 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

12 1. Växtcellen forts.  Fosfolipider bygger upp cellmembranen

13 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

14 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 (-NH 2 ), en karboxylgrupp (-COOH) och en väteatom bunden till en kolatom

15 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

16 1. Växtcellen forts.  Protein har olika strukturer: a) Primärstruktur b) Sekundärstruktur (alfa-helix, beta-sheet) c) Tertiärstruktur d) Kvaternärstruktur Alfa-helix Beta-sheet

17 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

18 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)

19 1. Växtcellen forts.  Vid hydrolys av ATP erhålls energi + ADP (adenosin diphosphate) Växtcellens uppbyggnad forts.

20 1. Växtcellen forts. Sekundära metaboliter: a) Alkaloider b) Terpenoider c) Fenoler  Ex. nikotin, tanniner, gummi, morfin  Många har viktig kommerciell eller medicinsk användning

21 1. Växtcellen forts. Frågor: 1. Varför lagras energi i form av stärkelse? 2. I vilka strukturer förekommer proteiner? 3. Vad händer när ett protein denatureras? 4. Vilken fördel är det för växten att lagra energi i form av fetter istället för kolhydrater?

22 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: 1) Alla organismer består av celler 2) Alla kemiska reaktioner sker i cellerna 3) Celler uppstår från andra celler 4) Cellerna innehåller arvsanlagen

23 2. Växtcellens delar, organeller forts. Prokaryota och eukaryota celler  Alla celler har en yttre membran (plasmamembran) och innehåller det genetiska materialet  Prokaryota celler: 1) Genetiska materialet består av en stor rund molekyl av DNA => kromosom 2) Saknar egentlig kärna => nukleoid

24 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Eukaryota celler: 1) DNA lineärt och bundet med speciella proteiner, histoner, formar kromosomer 2) Finns i kärna med dubbla membraner, nukleus  Övriga komponenter i cellen befinner sig i cytoplasman  Olika delar med olika funktioner

25 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Prokaryota cellers plasmamembran omges av en cellvägg  Eukaryota celler (växter) har cellvägg av cellulosa prokaryot vs. eukaryot

26 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Cell från majsplanta med cellvägg, kärna och tydliga kloroplaster

27 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

28 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

29 2. Växtcellens delar, organeller forts. Växtcellens komponenter Cellväggen mellanlager primär vägg sekundär vägg plasmodesmata ProtoplastenKärnankärnmembraner nukleoplasma kromatin nukleol

30 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cytoplasmanplasmamembran cytosol Organeller med dubbla membraner: plastider mitokondrier Organeller med enkel membran: peroxisomer vakuoler endoplasmiskt nätverk (retikulum) Golgiapparaten blåsor Cytoskelett (mikrotubuli, aktin filament) ribosomer oljedroppar

31 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cellkärnan  Två viktiga uppgifter: 1) Kontrollerar pågående funktioner i cellen (t.ex. protein som bildas) 2) För vidare den genetiska informationen vid celldelning  Har dubbel membran med porer för transport mellan kärnan och cytoplasman

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Plastider innehåller eget DNA och ribosomer

38 2. Växtcellens delar, organeller forts. Mitokondrier  Har dubbla yttre membraner och en veckad inre membran, cristae  Mindre än plastider  Cellandningen sker i mitokondrierna  tals mitokondrier/växtcell, beroende på behovet av energi (ATP)

39 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Semiautonoma på samma sätt som plastiderna  Teorier om att mitokondrier och kloroplaster uppstått från bakterier

40 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

41 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

42 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

43 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

44 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

45 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)

46 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

47 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

48 2. Växtcellens delar, organeller forts.  Endomembrana systemet utgörs av ER och Golgi-komplexet

49 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cytoskelettet  Nätverk av proteinfilament hos eukaryota celler  Medverkar vid många viktiga processer i cellen  Hos växtceller två huvudtyper: 1) Mikrotubuli 2) Aktinfilament

50 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

51 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

52 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cytoskelettet

53 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

54 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

55 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cellväggen

56 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

57

58 2. Växtcellens delar, organeller forts. Frågor: 1. Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan växt- och djurceller? 2. Cellvakuolens uppgifter? 3. Cellväggens uppbyggnad och funktion? 4. Orsakerna till lövträdens ”höstfärger”

59 3. Cellmembranens byggnad och funktion  Viktig funktion  Reglerar in- och uttransport i cellen  Semipermeabel  Endel molekyler passerar lätt, t.ex. O 2, CO 2 och H 2 O  Socker, aminosyror kräver transportprotein för att kunna passera

60 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.  Består av flera lager  Två huvudtyper av lipider i växtcellers membraner: 1) Fosfolipider 2) Steroler  % lipider  % proteiner

61 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Proteiner i cellmembranen

62 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

63 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

64 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.  CO 2 och O 2 opolära => löser sig i lipidlagret  Koncentrationsgradient

65 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

66 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

67 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Plasmolys

68 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

69 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Passiv jonupptagning  Enkel diffusion eller med ett transportprotein  Två typer av transportprotein: 1) ”bärare” – koppling till ett protein i cellmembranen, medelsnabb transport 2) ”kanalprotein” – bildar vattenfyllda porer genom cellmembraner

70 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.  Bärarprotein => uniport, synport eller antiport - The Institute of Chemical Technology, Prague

71 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Aktiv jonupptagning  Energikrävande process (ATP)  Sker mot en koncentrations gradient  Stimuleras av livlig cellmetabolism  Transportprotein: 1) ”pumpar” – drivs av kemisk energi (ATP) eller ljusenergi, långsam transport

72 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.  Jonerna transporteras med olika hastigheter: - pumpar 500 /sekund - bärare /sekund - kanalprotein flera milj. /sekund

73 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

74 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.  Endocytos => in i cellen 1) Fagocytos – cellen äter 2) Pinocytos – cellen dricker 3) Receptormedierad endocytos – binder till ett receptorprotein

75 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Cell-cell kommunikation  celler – vävnader – organ  Viktigt med fungerande kommunikation – signalmolekyler  Reception – Transduktion - Induktion

76 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

77 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Plasmodesmata  Effektiv transportväg mellan celler  T.ex. växtvirus kan spridas från cell till cell

78 3. Cellmembranens byggnad och funktion forts. Frågor: 1. Vattenpotentialens betydelse 2. Förklara begreppet plasmolys 3. Skillnaden mellan isotona, hypotona och hypertona lösningar 4. Skillnaden mellan aktiv och passiv transport 5. Förklara begreppet turgortryck

79 4. Respiration  Både växt- och djurceller använder ”födomolekyler” som byggnadsmaterial vid celltillväxt och reparation och som energikälla  Växtceller producerar själva sina ”födomolekyler” genom fotosyntesen

80 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

81 4. Respiration forts.  Respirationen är fotosyntesens motsats, energirika föreningar bryts ner till allt mindre molekyler – ATP bildas

82 4. Respiration forts. Oxidation av glukos  Glukosmolekylen splittras i mindre delar  Respirationen indelas i fyra stadier: 1) Glykolysen 2) Krebs cykel 3) Elektrontransportkedjan 4) Oxidativ fosforylering

83 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 CO 2  Elektronerna som frigörs går igenom elektrontransportkedjan

84 4. Respiration forts.  Vid oxidativ fosforylering används den frigjorda energin till att bilda ATP från ADP och fosfat

85 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

86 Glykolysens 10 steg:

87 Glykolysen

88 4. Respiration forts.  Glukos + 2NAD + + 2ADP + 2P i => 2 pyruvat + 2NADH + 2H + + 2ATP + 2H 2 O  Pyruvat viktig molekyl  Tillgången till syre viktig: pyruvat oxideras till CO 2 + mera ATP än i glykoloysen  Sker i mitokondrierna

89 4. Respiration forts.  Matrix och cristae i mitokondrierna  Molekyler som pyruvat, ADP och ATP kan passera mellan membranerna

90 4. Respiration forts.  Pyruvatmolekylerna oxideras och dekarboxyleras, koldioxid frigörs  Bildas två acetylgrupper, –CH 3 CO  Acetylgrupperna fästs vid ett coenzym A, CoA => acetyl-CoA

91 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

92 4. Respiration forts. Krebs cykel: citrat oxaloacetat

93 4. Respiration forts.  Elektronbärare => NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid), FAD + (flavin adenin dinukleotid)  NADH och FADH 2

94 4. Respiration forts. Elektrontransportkedjan och oxidativ fosforylering  Aktiverar olika elektronbärare och enzymer i inre membranen i mitokondrien  Elektroner bundna till NADH och FADH 2 går från en högre till en lägre energinivå

95 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

96 4. Respiration forts.  Av en molekyl glukos får man 36 molekyler ATP

97 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 + 2P i => 2 Etanol + 2CO 2 + 2ATP + 2H 2 O

98 4. Respiration forts.  2 ATP / glukosmolekyl

99 4. Respiration forts. Frågor: 1. Respirationens olika delsteg 2. Vad sker i glykolysen? 3. Principen för Krebs cykel? 4. Respiration i syrefria förhållanden

100 Koldioxid Vatten SyreVatten Glukos 5. Fotosyntes  Historik  Reaktionen för fotosyntesen: 3CO 2 + 6H 2 O => C 3 H 6 O 3 + 3O 2 + 3H 2 O

101 5. Fotosyntes forts.  Ljuset indelat i ett spektrum:

102 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

103 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

104 5. Fotosyntes forts. Fotosyntespigmentens absorptionsspektrum:

105 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

106 5. Fotosyntes forts. Klorofyll b (gulgrönt)  Hos fröväxter, ormbunkar, mossor och grönalger  Kemiskt närstående klorofyll a  Absorptionstoppar vid 450 och 640 nm

107 5. Fotosyntes forts. Klorofyll c  Hos kiselalger, brunalger, dinoflagellater  Absorptionstoppar vid ca 450 nm Chlorobiumklorofyll  Hos gröna svavelbakterier  Närbesläktat med klorofyll a

108 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

109 5. Fotosyntes forts. Karotener (C 40 H 56 )  Orangefärgade, t.ex. β-karoten Xanthofyller (C 40 H 56 O 2 )  Allmänna hos alger, t.ex. fucoxantin hos brunalger och kiselalger

110 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

111 5. Fotosyntes forts. Fotosyntesreaktionen  Två huvudsakliga reaktionsförlopp: 1. Ljusberoende reaktion, ljusenergi fångas, binds i ATP 2. Ljusoberoende reaktion (mörkerreaktionen), koldioxidfixering

112 5. Fotosyntes forts. Reaktioner:

113 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

114 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 klorofyllmolekyler  Fotosystemen är förenade med en elektrontransportkedja

115 5. Fotosyntes forts.

116 5. Fotosyntes forts.  Verkar parallellt och oavbrutet  Fotolys av vatten: 2H 2 O => 4e - + 4H + + O 2  Elektroner frigörs, protoner avges över membranen  Skapar protongradient, behövs för bildandet av ATP

117 5. Fotosyntes forts.  Elektroner från H 2 O => system II => system I => NADP +  Acyklisk fosforylering – både system I och II, ATP och NADPH 2 bildas  Cyklisk fosforylering – endast system I, enbart ATP bildas

118 5. Fotosyntes forts. Ljusreaktionen:

119 5. Fotosyntes forts.

120 5. Fotosyntes forts. Mörkerreaktionen (CO 2 fixering)  Calvin cykeln (efter Melvin Calvin)  CO 2 transformeras i socker via flera mellansteg  Startprodukt (och slutprodukt): ribulos 1,5-bifosfat (RuBP)  CO 2 binds med hjälp av enzymet RuBP karboxylas (Rubisco)

121 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 NADPH 2 som bildats vid ljusreaktionen

122 5. Fotosyntes forts.  PGAL = en enkel sockerart, triosfosfat  För att assimilera 3 molekyler CO 2 krävs 9 ATP och 6 NADPH 2  C 3 -växter – CO 2 inkorporeras i en 3-kolförening (PGA)

123 5. Fotosyntes forts. Mörkerreaktionen:

124 5. Fotosyntes forts. Fotorespiration  Rubisco ospecifikt, binder även O 2  Leder till bildning av onyttig glykolsyra (glycolate), en C-2 förening  Processen skadlig, ger varken ATP eller NADPH 2

125 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 O 2 -anrikning och kan vara ett problem i tät vegetation

126 5. Fotosyntes forts. C 4 -växter  Vissa växter, ex. majs, sockerrör, har en ”skida” av stärkelserika celler runt bladens ledningssträngar  Binder CO 2 till fosfoenolpyruvat (PEP) med hjälp av enzymet PEP-karboxylas

127 5. Fotosyntes forts.  Bildas oxalacetat => malat med NADPH som vätedonator  Malatet dekarboxyleras i pyruvat och CO 2 som går in i Calvins cykel  Processen kostar 2 ATP extra, men resultatet kan bli 2-3 ggr större än för C 3 -växter

128 5. Fotosyntes forts.  C 4 -växter anpassade för starkt ljus, hög temp. och torka  Effektiv fotosyntes trots nästan slutna klyvöppningar och liten vattenförlust

129 5. Fotosyntes forts. CAM-växter  Crassulacean Acid Metabolism  Många succulenter kombinerar C 3 - och C 4 - vägarna  CO 2 fixeras i mörker, nattetid, med hjälp av PEP-karboxylas  Malat karboxyleringsprodukt

130 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

131 5. Fotosyntes forts.

132 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

133 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 www1.lf1.cuni.cz

134 5. Fotosyntes forts. Koldioxid:  Under starka ljusförhållanden är CO 2 begränsande för fotosyntesen  I havsvatten finns CO 2 i flere former, proportionerna varierar med pH

135 5. Fotosyntes forts. Temperatur:  Påverkas av temp. förändringar endast under starka ljusförhållanden  God belysning och CO 2 -tillgång ökar fotosyntesen 1,5-2 gånger vid en temp. höjning på 10°C  Optimal fotosyntes vid 20-30°C

136 5. Fotosyntes forts.  Växternas anpassning viktig för fotosyntesen Syre:  Luften innehåller normalt 21% syre  Fotosyntesintensiteten ökar om luftens syrehalt minskar  Syre hämmar fotosyntesen

137 5. Fotosyntes forts. Frågor: 1. Förklara kort fotosyntesens ljusreaktion 2. Olika pigments betydelse vid energiabsorption 3. Vad sker vid fotosyntesens mörkerreaktion? 4. Skillnaden mellan C 4 - och CAM-växter?


Ladda ner ppt "VÄXTFYSIOLOGI Fortbildningscentralen hösten 2005 Peter Rönnberg."

Liknande presentationer


Google-annonser