bio fotosynthese 2

Overzicht stofwisseling

Fotosynthese en chemosynthese zijn processen waarbij energie wordt vastgelegd in organische stoffen. Fotosynthese gebeurt in bladgroenkorrels van planten met licht, chemosynthese door bepaalde bacteriën met chemische energie.

Fotosynthese

Proces waarbij van CO₂ en H₂O organische stoffen (glucose) worden gemaakt; energie vastleggen is een endo-energetische reactie en gebeurt in chloroplasten van groene planten.

Chemosynthese

Proces waarbij bacteriën glucose maken uit anorganische stoffen met behulp van chemische energie in plaats van licht; chemo-autotrofe bacteriën gebruiken hierbij stoffen zoals NH₃ of H₂S.

Autotrofe organismen

Organismen die zelf organische stoffen kunnen maken uit anorganische stoffen, bijvoorbeeld via fotosynthese of chemosynthese.

Heterotrofe organismen

Organismen die organische stoffen gebruiken uit hun voedsel, omdat ze zelf geen grote moleculen kunnen maken.

Assimilatie

Het proces waarbij grote organische moleculen worden opgebouwd uit kleinere; dit vereist energie. Voorbeelden: glucose → zetmeel, aminozuren → eiwitten, vetzuren → vetten.

Dissimilatie

Het proces waarbij grote organische moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen; dit maakt stoffen beter oplosbaar en makkelijker transporteerbaar door celmembranen. Voorbeeld: spijsvertering bij mensen en dieren.

Celademhaling

Afbouw van organische stoffen in cellen waarbij energie vrijkomt voor levensprocessen. Vereist meestal zuurstof (aerobe verbranding); zonder zuurstof is er onvolledige verbranding (gisting). Sommige anaerobe bacteriën gebruiken sulfaten of nitraten als oxidator.

Chemosynthese

Chemosynthese is het proces waarbij bacteriën organische stoffen (glucose) opbouwen met behulp van chemische energie in plaats van lichtenergie; deze energie komt van de oxidatie van anorganische stoffen (NH3, H2S, N2); deze organismen zijn chemo-autotroof.

Chemosynthese - globale reactie

6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Nitrietbacteriën

Fosforyleren ammoniakgas (NH3) dat vrijkomt bij afbraak van eiwitten tot nitrieten: 2 NH3 + 3 O2 → 2 HNO2 + 2 H2O + chemische energie

Nitraatbacteriën

Zetten nitrieten om in nitraten: 2 HNO2 + O2 → 2 HNO3 + chemische energie; energie wordt gebruikt om ADP → ATP om te zetten en glucose op te bouwen

Belang van nitraten

Planten nemen nitraten via wortels op; ze zijn nodig voor de synthese van eiwitten

Zwavelbacteriën

Leven van H2S dat vrijkomt bij afbraak van eiwitten; zetten sulfide om in sulfaten: H2S + 2 O2 → H2SO4 + chemische energie; gebruiken energie om glucose te maken; chemo-autotroof

Functie van gevormde sulfaten

Geleverde voedingszouten voor planten, net als nitraten

Chemosynthese

Process waarbij bacteriën organische stoffen (glucose) opbouwen met chemische energie in plaats van lichtenergie; chemo-autotrofe bacteriën gebruiken oxidatie van anorganische stoffen.

Chemosynthese - energiebron

Chemische energie afkomstig van de oxidatie van anorganische stoffen zoals NH3, H2S en N2.

Chemosynthese - reactievergelijking

6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Chemo-autotrofe bacteriën

Organismen die glucose opbouwen met behulp van chemische energie in plaats van licht.

Nitrietbacteriën

Fase in de stikstofkringloop waarbij ammoniakgas (NH3) wordt omgezet in nitrieten (HNO2).

Nitrietbacteriën - reactie

2 NH3 + 3 O2 2 HNO2 + 2 H2O + chemische energie

Nitraatbacteriën

Omzetten van nitrieten (HNO2) in nitraten (HNO3).

Nitraatbacteriën - reactie

2 HNO2 + O2 2 HNO3 + chemische energie

Energiegebruik bij chemosynthese

Chemische energie die vrijkomt bij omzetting van NH3 → HNO2 → HNO3 wordt gebruikt om ADP → ATP te maken.

Stikstofbinding bij chemosynthese

Ammoniakgas wordt vastgelegd in nitrieten en nitraten; nitraten zijn essentieel voor planten voor eiwitsynthese.

Planten en nitraten

Planten nemen nitraten op via hun wortels uit het grondwater voor de synthese van eiwitten.

Zwavelbacteriën

Leven van H2S en zetten dit om in sulfaten (H2SO4) terwijl chemische energie vrijkomt.

Zwavelbacteriën - reactie

H2S + 2 O2 H2SO4 + chemische energie

Zwavelbacteriën - functie

Vrijgekomen energie gebruiken ze om glucose te maken; ze zijn chemo-autotroof.

Sulfaten en planten

Gevormde sulfaten dienen als belangrijke voedingszouten voor planten, net zoals nitraten.

Factoren die fotosynthese beïnvloeden

Licht, CO₂, water, temperatuur en O₂ beïnvloeden allemaal de snelheid van fotosynthese.

Effect van licht op fotosynthese

Een toename van de lichtintensiteit verhoogt de fotosyntheseactiviteit totdat lichtverzadiging optreedt.

Lichtverzadiging

Lichtintensiteit waarbij fotosynthese maximaal is; varieert per plantensoort.

Verschil licht- en schaduwplanten

Lichtplanten hebben bij lichtverzadiging een hogere fotosynthese dan schaduwplanten.

Effect van CO₂ op fotosynthese

Toename van de CO₂-concentratie verhoogt fotosynthese totdat deze onafhankelijk wordt van CO₂.

Maximale fotosynthese bij CO₂

Wordt bereikt wanneer CO₂ niet langer beperkend is en andere factoren (licht, water, voedingsstoffen) optimaal zijn.

Broeikaseffect

Verhoogde CO₂ in de atmosfeer houdt infraroodstraling tegen, waardoor opwarming van de aarde kan optreden.

Gevolg verhoogde CO₂ voor planten

Kan fotosynthese en groei stimuleren, maar alleen als andere nutriënten ook beschikbaar zijn.

Effect van watertekort op fotosynthese

Watertekort sluit stomata, waardoor CO₂-opname moeilijker wordt en fotosynthese daalt.

Rol van stomata

Huidmondjes laten CO₂ binnen en O₂ en waterdamp buiten; essentieel voor fotosynthese en gasuitwisseling.

Effect van temperatuur op fotosynthese

Bij gematigde planten verdubbelt fotosynthese per 10°C tussen 5°C en 30°C.

Temperatuursoptimum fotosynthese

Ongeveer 35°C; boven dit punt neemt fotosynthese weer af.

Effect van O₂ op fotosynthese

Een lagere zuurstofconcentratie kan fotosynthese verhogen door competitie met CO₂ voor Rubisco te verminderen.

Rubisco en zuurstof

Rubisco kan O₂ binden (photorespiratie), wat fotosynthese verlaagt; minder O₂ = minder competitie = hogere fotosynthese.

Limiterende factoren

Een factor die fotosynthese remt als deze laag is; vaak licht, CO₂, water of temperatuur.

Combinatie van factoren

Maximale fotosynthese vindt plaats wanneer alle beperkende factoren optimaal zijn.

Foto-inhibitie

Te veel licht kan chlorofyl beschadigen en fotosynthese tijdelijk verminderen.

Waterbalans en fotosynthese

Onvoldoende water vermindert CO₂-opname; te veel water kan wortelbeschadiging veroorzaken.

CO₂-fixatie

Het proces van CO₂ omzetten in organische verbindingen tijdens de Calvin-cyclus; afhankelijk van ATP en NADPH uit lichtreacties.

Adaptaties van planten aan lichtintensiteit

Lichtplanten hebben veel chloroplasten in palissadeweefsel; schaduwplanten minder en dunner blad.

Adaptaties van planten aan droogte

Succulente bladeren, gesloten stomata overdag, wortelsystemen die water efficiënt opnemen.

Invloed van klimaatverandering op fotosynthese

Hogere CO₂ kan fotosynthese verhogen, maar extreme temperaturen, droogte of nutriëntentekorten kunnen dit beperken.

Donkerreacties / Calvin-cyclus

Reacties in het stroma van de chloroplast waarbij CO2 wordt omgezet in suikers met ATP en NADPH uit de lichtreacties.

Plaats van de Calvin-cyclus

Stroma van de chloroplast.

ATP in donkerreacties

Functie: levert chemische energie voor de omzetting van CO2 naar suikers.

NADPH in donkerreacties

Functie: levert elektronen / reducerende kracht voor de omzetting van CO2 naar suikers.

Eerste direct gevormde suiker in Calvin-cyclus

Glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P), een C3-suiker.

Aantal CO2-moleculen nodig voor 1 G3P

3 moleculen CO2.

Hoe ontstaat glucose uit G3P

2 G3P-moleculen worden samengevoegd tot 1 glucose (C6H12O6).

ATP verbruik per G3P

9 ATP per G3P.

NADPH verbruik per G3P

6 NADPH per G3P.

ATP verbruik per glucose

18 ATP per glucose.

NADPH verbruik per glucose

12 NADPH per glucose.

Hoe bevoorraden lichtreacties de Calvin-cyclus

Lichtreacties leveren ATP en NADPH.

Waarom 'donkerreacties'

Reacties kunnen doorgaan zonder licht, zolang ATP en NADPH aanwezig zijn.

Globale reactie Calvin-cyclus 1 G3P

3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH → G3P + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+

Globale reactie Calvin-cyclus 1 glucose

6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH → C6H12O6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

Fases van Calvin-cyclus

1. Carbon-fixatie, 2. Reductie, 3. Regeneratie van RuBP.

Carbon-fixatie

Fase waarbij CO2 gebonden wordt aan RuBP.

Reductie

Fase waarbij ATP en NADPH de 3-PGA-moleculen omzetten in G3P.

Regeneratie van RuBP

Fase waarin RuBP wordt opnieuw gevormd zodat cyclus kan doorgaan.

G3P definitie

Eerste direct gevormde suiker in Calvin-cyclus, een C3-suiker.

Doel van Calvin-cyclus

Omzetten van CO2 in energierijke organische moleculen.

Lichtreacties functie

Zonne-energie gebruiken om ATP en NADPH te maken.

ATP rol bij fotosynthese

Chemische energie leveren voor de Calvin-cyclus.

NADPH rol bij fotosynthese

Reducerende kracht leveren voor de Calvin-cyclus.

Donkerreacties locatie

Stroma van de chloroplast.

Donkerreacties functie

Omzetten van CO2 naar C6H12O6 met behulp van ATP en NADPH.

Calvin-cyclus andere naam

Donkerreacties.

Suikerproduct Calvin-cyclus

C3-suiker: glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P).

CO2 fixatie voor G3P

3 moleculen CO2 per G3P.

Glucose vorming uit G3P

2 G3P-moleculen kunnen samengevoegd worden tot glucose.

ATP gebruik per G3P

9 moleculen ATP per G3P.

NADPH gebruik per G3P

6 moleculen NADPH per G3P.

ATP en NADPH productie

Lichtreacties bevoorraden Calvin-cyclus met ATP en NADPH.

ATP/NADPH voor 1 glucose

18 ATP en 12 NADPH nodig.

Doel Calvin-cyclus

G3P produceren voor synthese van glucose.

De lichtreacties

Zonne-energie wordt gebruikt om ATP en NADPH te maken, die respectievelijk chemische energie en reducerende kracht leveren voor de Calvin-cyclus.

ATP

Een energierijke molecule die chemische energie levert voor celprocessen, waaronder de Calvin-cyclus.

NADPH

Een elektronendrager die reducerende kracht levert voor de omzetting van CO₂ in suiker in de Calvin-cyclus.

Calvin-cyclus (donkerreacties)

Vindt plaats in het stroma van de chloroplast; zet CO₂ om in suiker met behulp van ATP en NADPH uit de lichtreacties.

Plaats van de donkerreacties

Stroma van de chloroplast.

Product van Calvin-cyclus

Suiker, in eerste instantie een C3-suiker: glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P).

C3-suiker (G3P)

De directe product van de Calvin-cyclus; drie koolstofatomen per molecule.

Aantal CO₂ nodig per G3P

Voor de synthese van 1 G3P moeten 3 moleculen CO₂ gefixeerd worden.

Omzetten van G3P naar glucose

Twee G3P-moleculen kunnen worden samengevoegd om één glucosemolecule (C6H12O6) te vormen.

ATP-gebruik in Calvin-cyclus

Voor 1 G3P-molecule die de cyclus verlaat worden 9 ATP-moleculen gebruikt.

NADPH-gebruik in Calvin-cyclus

Voor 1 G3P-molecule die de cyclus verlaat worden 6 NADPH-moleculen gebruikt.

ATP/NADPH bevoorrading

De lichtreacties leveren ATP en NADPH aan de Calvin-cyclus.

ATP/NADPH voor glucose

Voor de synthese van 1 glucose zijn 18 ATP- en 12 NADPH-moleculen nodig.