H20 PLANTEN

Je kunt het transport van water, zouten en assimilatieproducten in planten beschrijven en de relatie met fotosynthese, dissimilatie en opslag van stoffen beargumenteren (%%BINAS 81)%%;

Planten nemen water met daarin opgeloste mineralen (voedingszouten) op via hun wortelharen. Dat zijn uitstulpingen van ^^epidermiscellen^^ vlak bij de uiteinden van jonge worteltoppen. ^^Wortelharen^^ vergroten het worteloppervlak en daarmee de capaciteit voor het opnemen van water en zouten. Na opname gaan water en zouten via celwanden, de ^^apoplast-route^^ of via celmembranen en grondplasma de ^^symplast-route^^, richting het midden van de wortel, de centrale cilinder. Hieromheen ligt de endodermiscellen, die in de dwarswanden van de cel een laagje kurk hebben, de ^^bandjes van Caspari^^. Het water kan hier alleen via de symplast-route doorheen: door de celmembranen van de endodermiscellen. Selectief opgeomen zouten gaan tegen het concentratieverschil in naar de centrale cilinder (dus via actief transport), watermoleculen volgen door osmose. Dit geeft een lichte overdruk (de ^^worteldruk^^) die het water via speciale transportbuisjes, de ^^houtvaten^^, naar boven perst. Bij lage verdamping en wanneer de worteldruk relatief hoog is door hoge bodemtemperatuur worden waterdruppels door de worteldruk uit de poriën van de bladeren geperst, dit heet ^^guttatie^^.

De houtvaten in de wortels lopen door in de stengel en de bladeren. Ze ontstaan uit langgerekte cellen met celwanden die met houtstof zijn versterkt tot ring-, spiraal- of netvaten. De cel is afgestorven en de tussenvangen met de boven- en onderliggende cellen zijn verdwenen. Houtvaten vervoeren water vanuit de wortels. Met dat water komen opgeloste zouten mee die de cellen nodig hebben om bijvoorbeeld bladgroen te maken.

Watermoleculen zijn polair, hierdoor trekken ze elkaar aan (^^cohesie^^), en de wandcellen van de houtvaten (^^adhesie^^). Hoe nauwer een houtvat, hoe groter de adhesiekrachten en hoe hoger het water kan komen. Door verdamping trekken bladeren als het ware de waterdraden via de houtvaten uit de wortels omhoog: de ^^verdampingsstroom^^. Verdamping vindt vooral plaats via de ^^huidmondjes^^, openingen in de bladeren en groene stengels, omgeven door twee speciale sluitcellen. Bij warm weer en ‘s nachts zijn de huidmondjes dicht, als de huidmondjes openstaan neemt de verdamping toe met de temperatuur en de windsnelheid. Bomen die in het vroege voorjaar nog geen bladeren hebben, verdampen bijna geen water. In de wortels opgeslagen suikers lossen op in het water in de houtvaten, door osmose wordt water uit de bodem opgenomen en stijgt de worteldruk, die transportprocessen weer op gang brengt.

Door osmotische processen beweegt water in de richting van de hoogste concentratie opgeloste stoffen. De ^^waterpotentiaal^^ (psi) op een bepaalde plek is de optelsom van alle krachten die invloed hebben op de stroomrichting van water. Water stroomt in de richting van de laagste psi. De psi van zuiver water is nul, en met opgeloste stoffen wordt de psi negatief. In de top van een plant is de waterpotentiaal erg negatief; er zijn veel opgeloste stoffen, grootste zwaartekracht en verdamping vergroot de concentratie opgeloste stoffen.

Het transport van organische stoffen vindt plaats via de ^^bastvaten^^, dit zijn langgerekte levende cellen. De tussenwanden zijn doorboord: ^^zeefplaten^^. De begeleidende cellen naast de bastvaten hebben wel een kern en bevatten veel mitochondriën en ribosomen. Hun ATP en eiwitproducten bewegen via plasmadraden naar de bastvatcellen. Het transport in bastvaten berust op osmotische processen. Cellen van volgroeide bladeren scheiden actief sacharose af naar een bastvat, daarmee vormen ze een ^^source^^, een bron van sacharose. De osmotische waarde stijgt en water stroom toe, waardoor een overdruk ontstaat. Door het verdwijnen van sacharose ontstaat een ^^sink^^, en ontstaat een onderdruk. In de zomer vormen de bladeren een source , de sinks bevinden zich bij de bloemen, vruchten, zaden en wortels. In het voorjaar is de stroom andersom. Onder invloed van de temperatuur gaan de suikers via het xyleem van de opslag naar de bladknoppen.

In de cellen van een sink dient sacharose als brandstof voor de dissimilatie. Glucose vormt de basis voor stoffen als eiwitten en cellulose, zetmeel en vetten.

Je kunt met behulp van de licht- en donkerreactie, het fotosyntheseproces in cellen met chloroplasten beschrijven (%%BINAS 69%%);

Groene planten zijn ^^fotoautotroof^^, net als chemoautotrofe organismen nemen ze geen organische stoffen op voor hun energievoorziening. ^^Fotosynthese^^ is een vorm van assimilatie; anorganische stoffen worden omgezet in organische stoffen, het vindt plaats in de ^^chloroplasten^^. Deze kunnen verplaatsen: zitten er myosinemoleculen vast aan organellen dan verplaatsen die organellen zich met de myosinemoleculen door het grondplasma: dit heet ^^plasmastroming^^.

De lichtreactie vindt plaats in de membranen van de ^^thylakoïden^^: met fotosysteem II en I. De pigmenten in ^^fotosysteem II^^ vangen fotonen op, dat brengt in een chlorofylmolecuul (P680) elektronen op een hoger energieniveau. De elektronen passeren elektronendragers die de elektronen beurtelings ontvangen (de stoffen reduceren) en weer afgeven (de stoffen oxideren); dit is een ^^redoxsysteem^^., De elektronen komen terecht bij ^^fotosysteem I^^, waar de elektronen (in P700) weer op een hoger energieniveau worden gebracht door invallend licht. Via een redoxsysteem komen de energierijke elektronen terecht bij de ^^slotacceptor^^ NADP+ in het ^^stroma^^. Het energierijke NADPH,H+ ontstaat. Water dient in dit proces als ^^elektronendonor^^ (2 H2O → O2 + 4H+ + 4e-). De protonen blijven in het binnenste van de thylakoïd, het ^^lumen^^.

Een deel van de energie die de elektronen kwijt raken tijdens hun reis van fotosysteem II naar I kan worden gebruikt om ATP te maken tijdens ^^fotofosforylering^^. ^^Cytochroom-bf^^ pompt actief protonen vanuit het stroma het lumen in. De energie voor de pompwerking leveren de langsstromende elektronen. Het aantal protonen in het lumen neemt toe. ^^ATP-synthetase^^ gebruikt het concentratieverschil in protonen tussen het stroma en het lumen om ATP te maken. De verhouding ATP : NADPH,H+ die bij dit proces ontstaat is niet optimaal voor de vorming van glucose. Bij ^^cyclische fotofosforylering^^ staat fotosysteem II telkens tijdelijk stil, waardoor elektronen na fotosysteem I geen NADPH, H+ vormen maar teruggaan naar cytochroom-bf, wat zorgt voor een grotere productie van ATP.

De vervolgstap is de ^^donkerreactie^^ (of: ^^calvincyclus^^), die plaats vindt in het stroma.

Stap 1: zes CO2 bindt aan 6 C5-moleculen, koolstofassimilatie. Het enzym rubisco katalyseert deze stap, het bindt alleen bij hoge concentraties CO2. Er ontstaan 12 C3 moleculen.
Stap 2: reductie van de moleculen met NADPH,H+ en ATP. Er ontstaat 12 glyceralaldehyde-3-fosfaat (C3).
Stap 3: Tien moleculen C3 worden door enzymen met energie van ATP omgezet tot zes C5.
Stap 4: uit de andere twee moleculen C3 ontstaat 1 glucose (C6), dit vormt de basis voor andere organische stoffen.

Gaat overdag het fotosyntheseproces sneller dan het transport aankan, hoopt glucose zich op in de chloroplasten, en wordt tijdelijk aan elkaar gekoppeld tot zetmeel. Zo wordt de stijging van de osmostische waarde en zo de opname van water beperkt.

Je kunt uitleggen welke kleuren licht planten absorberen (%%BINAS 72%%);

De groene kleur van chlorofyl is het gevolg van de manier waarop de atomen aan elkaar vastzitten in het molecuul. Chlorofyl absorbeert wel rood en blauw licht, maar niet groen. De absorptie en reflectie zijn emergente eigenschappen. Een ^^adsorptiespectrum^^ heeft aan in welke mate de belangrijkste pigmenten van een bladgroenkorrel de verschillende golflengtes van licht absorberen.

Je kunt beschrijven op welke manier bepaalde planten fotorespiratie voorkomen;

Meestal is bij de fotosynthese niet de hoeveelheid licht, maar de hoeveelheid CO2 de beperkende factor. Bij planten is alleen overdag fotosynthese nodig, maar de dissimilatie gaat dag en nacht door. De meeste fotosynthese vindt plaats in de bladeren, deze hebben een groot oppervlak. In het ^^palissadeparenchym^^ zitten veel chloroplasten. Ter bescherming tegen virussen en schimmels hebben bladeren een waterdicht waslaagje, de ^^cuticula^^. Voor de gaswisseling bezitten de meeste bladeren veelal aan de onderzijde huidmondjes: hier verdampt water en wordt CO2 en O2 met de buitenlucht uitgewisseld. Bij een te lage CO2 concentratie in de lucht, reageert rubisco met zuurstof, en ontstaat er geen ATP; dit heet ^^fotorespiratie^^. Het enzym ^^PEP-carboxylase^^ werkt wel bij lage CO2-concentraties.