les 6 plantkunde

functionele biologie van planten

metabolisme

• elke levensvorm heeft voeding nodig

• dit moet worden afgebroken door afbraakreachties (katabolisme)

• geeft enregie (vb. in vorm van ATP)

• en vormt bouwstenen die via opbouwreacties (anabolisme) celeigen moleculen maakt (ook E voor nodig)

autotrofen (metabolisme)

voeding: mineralen uit de lucht (CO2, H2O, K⁺ , NH₄⁺ _, Mg²⁺ , NO₃^- , H₂PO^- _,…)

energiebron:

• foto-autotrofen: licht

• chemo-autotrofen: oxidatie van mineralen

heteroautotrofen (metabolisme)

voeding: organische moleculen van andere levende wezes

energiebron: afbraak van organische moleculen

fotosyntese

komt het meeste voor

vb.

• cyanobacteriën (prokaryoten)

• 7 groepen van algen

• alle landplanten met chloroplasten

hoe kan het dat planten O₂ teruggeven?

ze geven zuurstof terug via fotosyntese, waar ze CO₂ en H₂O omzetten in glucose en zuurstof, met behulp van zonlicht, (het zuurstof word afgegeven via de huidmondjes)

dit is niet zo simpel, want het vraagt cellulaire processen en energie

waar vinden proccessen plaats?

in de bladeren, chloroplasten, stroma en tylacoiden

chloroplast

• grana met tylakoide membranen (interne membranen)

  • fotosystemen met pigmenten (chlorofyl)

  • proteïnen (E transport, ATP productie,…)

  • licht afhankelijke reacties

• stroma

  • calvincyclus (CO₂ fixatie)

  • CO₂ input, NADPH, ATP uit lichtreacties

lichtreacties

• = fotosyntese

• maakt ATP en ADP + O₂ als afvalproduct

• CO₂ reduceert tot suiker (door calvincyclus)

Is calvinsyclus ook opperatief in de nacht wnr er geen licht is of toch te weinig licht?

ja en nee

• er is ADP en ATP nodig om de calvincyclus in gang te zetten en vermits dit doormiddel van fotosyntese word aangemaakt gaat dit niet in de nacht worden aangemaakt

• wnr de reserves dus op zijn gaat de calvincyclus dus ook ophouden met werken

(let op we spreken nooit van donkerreacties)

2 reacties

• lichtreacties:

  • licht nodig

  • 1) zonlicht capteren

  • 2 ATP maken en reducerend vermogen (NADPH)

• koolstof fixatie reacties (“donker reacties”)

  • licht eigenlijk niet nodig, maar gebeurd enkel tijdens de lichtfase (want E nodig)

  • ATP en NADPH aanwenden om organische moleculen te maken uit CO₂

ATP

= het uitkomsproduct van de lichtreacties, slaat E op in zijn fosfaatgroep en geeft E vrij wnr de fosfaatgroep ontkoppeld word en maakt ADP

NADPH

vervoert E en electronen in cellen, vooral tijdens fotosyntese, word gevormd tijdens de fotosyntese en gebruikt als E voor de calvincyclus waar CO₂ word omgezet nr suiker (dus NADPH is essentieel voor opbouw van suikers)

—> NADP⁺ (in electronenrijke omgeving kan het makkelijk elektronen afgeven)

pigmenten

• moleculen die licht absorberen

• licht = vorm E

• foton:

  • korte golf = hoge E

  • fotoelectrisch effect; electron verlaat een pigment door licht

—> vooral blauw en rood licht absorberen, groen niet, word weerkaatst (rood nog beter want minder verlies bij opvangen van licht)

chlorofyl a en b

• porphyrine ring (rol in fotosyntese en transport O₂)

  • complexe ringstructuur met dubbelle en enkele bindingen

  • magnesium ion centraal

• fotonen exciterenn electronen in de ring

• electronen kunnen de ring verlaten

wat kan met E van foton gebeuren wnr moleculen raakt?

• E verliezen onder vorm van warmte

• e kan worden geabsorbeert door het electron van dat moleculen

  (elektronen krijgen meer E en kunnen los komen van moleculen)

actie spectrum

is het lichtspectrum waar een plant het beste in fungeert (rood licht geeft meeste O₂ terug)

lichtreacties 3 puntjes

1) lichtcapatie door pigmenten

2) electronen transport en productie NADPH

3) chemiosmose: ATP productie

organisatie fotosystemen

antenne complex:

• heel veel (hondereden) hulp pigment moleculen

• verzamelen fotonen en geven de gecapteerde licht E door aan het reactiecentrum

reactie centrum

• 1 of meer chlorofyl a moleculen

• passeren geëxiteerde electronen buiten het fotosysteem

schema werking fotosysteem

• een foton slaat in op een chlorofyl moleculen

• geladen chlorofyl werkt in op het reactie centrum

• vormt een electron dat vrij komt en bind op de electronen acceptor

(vide bekijken)

een electron exuteren

→ een foton nodig om aan de axeptor te geven

1) licht werkt in op het chlorofyl

2) chlorofyl moleculen krijgt een electron gebonden op zich

3) chlorofiel oxideert en geeft zijn electron af aan de electronen acceptor, die het electron reduceert

4) de electronendonor oxideert en geeft een electron af aan het chlorofyl

2 fotosystemen zijn gelinked

fotosysteem I = lichtenergie absorberen en electronen exiteren

fotosysteem II = heeft een andere voorkeur van licht en kan iets meer doen, namelijk een oxidatie pottentiaal ontstaat en kan dus water gaan splitsen

—> werken samen om ATP en NADPH te maken

Z schema (!!!)

1) begin bij fotosysteem II (nieuwste), een paar chlorofylen absorberen 2 fotonen licht in het reactiecentrum. Dit exiteerd 2 electronen, die worden overgedragen aan plastoquinone, verlies aan elektronen op reactiecentrum oroduceerd een oxidatiepottentiaal dat in staat is om water te oxideren

2) de electronen paseren de be-f-complex dat de vrijkomende energie gebruikt om prtonen over het tylakoïde membraan te pompen, door chemiosmose kan ATP worden geproduceert

3) eindigen bij fotosysteem I; een paar chlorofylen in het reactiecentrum absorberen 2 fotonen dit exiteert 2 elektronen die worden doorgegeven aan NADP⁺ (elektrontransport van fotosysteem II vervangt deze electronen)

platocenoom

= mobile molecule dat van de beginsituatie en placto

bevind zich in het celmembraan die de plasmodesma bevatten, die het cytoplasma van cellen verbinden , placmoceonoom speelt dus rol bij celcomunicatie

buitenwereld word meer basis (schema)

• wnr protonen terugvloeien

• ATP en NADPH stapelen nooit op, worden onmiddelijk doorgegeven aan de coolstofreacties onder licht

producctie NADPH in zwavelbacterien

• 1 FS (namelijk FS I, want eerste in evolutie), niet genoeg oxiderend vermogen om H₂O te splitsen

• dus oxidatie van H₂S tot S

  • levert H⁺ en e^- op, net zoals bij het splitsen van H₂O

paarse niet zwavelbacteriën

1) ATP productie

2) NADH productie op andere wijze (omgekeerde elektronetransport

—> 1 werkbaar cyrculair fotosysteem (die ATP aanmaakt en NADH reduceert

chemiosmose

• electrochemische gradient kan worden gebruikt om ATP te maken

• door ATP syntase enzyme in tylakoide membraan (protonen stromen terug nr stroma)

• cyclisch elektronetransport => extra ATP

calvincyclus

(bevind zich in het stroma) draait niet in het donker want altijd input van ATP nodig die door licht worden aangemaakt

6 moleculen CO₂ -< 12 ATP en nog eens 6 ATP, dus per CO₂, “ ATP nodig en 2NADPH (variaties zijn mogenlijk)

1) (CO₂ fixatie: RuBP (ribulose 1,5-bifosfaat) + CO₂ → 2PGA)

—> CO₂ word gefixeert, gebonden op een precursor

2) reductie : PGA (3-fosfoglyceraat) word gereduceerd tot G3P (glyceraldehyde 3 fosfaat)

—> klein deeltje word opzijgezet om suiker aan te maken (sucrose in de bladeren) nodig om aan celdeling te kunnen doen

3) regeneratie van RuBP

—> terug gebruikt om opnieuw calvincyclus te gaan doen

output calvin cyclus

• glucose is niet het echte produkt

• G3P is een 3C suiker

  • gebruikt om sucrose te maken (belangrijkste transportsuiker, disacharide van glucose en fructose)

  • gebruikt om zetmeel van te maken (chloroplast) (onoplosbaar glucose polymeer, reserve)

—> polymeren van fructosen = fructaan (functie: osmotische regulatie en prebioticum)

suiker nodig voor groei

• suiker door het floeem getransporteerd (in 2 richtingen)

• floeemsap vol met suiker (concentratie dus heel groot, veel suiker)

• gedraagt zich niet als een wateroplossing, dus transport is anders

  • masastroming: fotosyntetische cellen willen suiker, de stoffen in de plant gaan bewegen doordat er een drukverschil is (van hoge nr lage druk)

  • concentratie is dus veel lager, ATP nodig aan de uiteinden gebeurd omgekeerde SINK cellen

  • sucrose verlaat het floeemvat, suiker word uitgedreven dus de concetratie in is veel groter en aan de SINK-zijde word de concentratie laag gehouden en is de druk daar ook laag

  • kan ook nr zetmeelreserve worden omgezet om de winter te overleven

SINK

= deel van de plant die stoffen opneemt voor groei en opslag , is heet tegenovergestelde van de bron waar stoffen geproduceert worden

energie cyclus

• respiratie: fotosynthese zijn producten gebruiken voor de ademhaling

• proteïne die betrokken zijn bij electrontransport ketens en ATP productie (chloroplasten zijn evolutionair verwant met mitochondriën)

heterotrofe organisme gaan via ademhaling producten afbreken (respereren)

algemeen schema “cirkel of life”