• Pretvorba energije u stanici • Svjetlost i živi sustavi • Struktura i ultrastruktura kloroplasta • Pregled fotosintetskog metabolizma • Apsorpcija svjetlosti • Pretvorba svjetlosne energije u kemijsku • Fotofosforilacija • Fiksacija i redukcija CO 2 Kako živi sustavi dolaze do energije potrebne za život
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
• Pretvorba energije u stanici
• Svjetlost i živi sustavi
• Struktura i ultrastruktura kloroplasta
• Pregled fotosintetskog metabolizma
• Apsorpcija svjetlosti
• Pretvorba svjetlosne energije u kemijsku
• Fotofosforilacija
• Fiksacija i redukcija CO2
Kako živi sustavi dolaze do energije
potrebne za život
Svaki sustav se spontano mijenja prema stanju neureñenosti (porast entropije, 2. zakon termodinamike).
Živi sustav održava stanje ureñenosti na račun tvari i energije iz okoliša.
Figure 2-39 Some interconversions between different forms of energy.
Primjeri nekih pretvorbi energije u neživom i živom svijetu.
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.New York: Garland Science; 2002.
U stanici se energija prenosi putem redoks-reakcija. Reducirani oblik molekule ima više energije nego oksidirani. Elektron koji prelazi s jednog atoma na drugi prenosi energiju. Reakcije kojima se metan oksidira u CO2 su energetski povoljne.
Tijek energije u živome sustavu – redoks-reakcije
Kako živi sustavi održavaju stanje svoje ureñenosti i organizacije?Protivi li se živo biće 2. zakonu termodinamike o porastu entropije?
Biljka stvara ureñeni sustav od neureñenog zahvaljujući energiji koja u obliku fotona svjetlosti dolazi na Zemlju sa Sunca.
ATP – najvažniji prenositelj energije u stanice - sastoji se od tri fosfatne skupine, riboze i adenina.
Hidrolizom fosfatne skupine ATPa oslobaña se energija (-30,5 kJ /mol), koja omogućuje tijek reakcija koje se spontano ne mogu pokrenuti.
Figure 2-60 NADPH, an important carrier of electrons
NADPH je važan prenositelj elektrona, a time i energije.
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.New York: Garland Science; 2002.
Zemlja je planet koji se kupa u Sunčevoj svjetlosti, pa nije
čudo da su na njoj evoluirali organizmi koji imaju
sposobnost iskorištavanja svjetlosne energije.
Miller (Sci. Amer.1979)
SUNCE
E = h ν = h c/λ
Pretvorba svjetlosne energije u kemijsku
Organizmi: heterotrofni i autotrofni
kemoautotrofni (bakterije)
fotoautotrofni (purpurne i zelene bakterije, cijanobakterije, alge biljke)
Prvi fotosintetski organizmi (prokarioti):
CO2 + H2S ���� (CH2O) + 2S
Novi tip fotosintetetskih prokariota (prije oko 2,5 milijardi godina)
CO2 + H2O ���� (CH2O) + O2
Redoks par Redoks potencijal
S - H2S � – 0,25V
½ O2 – H2O � + 0,816 V
Standardna vodikova elektroda ima redox potencijal 0 (prema dogovoru). Što je više pozitivan potencijal to je veći afinitet prema elektronima.
Alberts et al. Garland Science, 2002, Fig. 14-35
Tilakoidne membrane kloroplasta sadrže sustav za vezanje i pretvorbu sunčeve energije.
A – biljna stanica s velikom središnjom vakuolom, jezgrom i kloroplastima, B –kloroplast s doboro razvijenim tilakoidima i škrobnim zrncima, C – dio kloroplasta s naslagama tilakoida (grana-tilakoidi).
Pigmenti klorofil i karoten i njihov apsorpcijski spektar
Klorofil sačinjavaju porfirinski prsten s ionom magnezija i hidrofobni rep fitola
Apsorpcijski spektar klorofila i karotena
Alga Spyrogira sa zavojitim kloroplastom obasjana je spektrom svjetlosti. Oko alge su bakterije koje se nakupljaju tamo gdje ima više kisika. Koncentracija tih bakterija veća je u modrom i crvenom dijelu spektra, a manja u žuto-zelenom. Bakterije se nakupljaju tamo gdje su maksimumi apsorpcije klorofila.
Kako je u 19. stoljeću Engelmann, na biološki način odredio apsorpcijski spektar klorofila.
ATP nastaje fotofosforilacijom i izvor je energije za redukciju CO2
NADPH prenosi protone i elektrone potrebne za reduckiju CO2
2. Reakcije koje ne ovise izravno o svjetlosti (ali ovise o produktima svjetlosnih reakcija)
redukcija CO2 do glukoze (C6H12O6)
Antene i reakcijski centar sustava za apsorpciju sunčeve svjetlosti u listu zelene biljke. Preuzeto iz: Alberts et al. Garland Science, 2002, Fig. 14-43.
Kompleks za apsorpciju svjetlosti u kloroplastu
Kako radi foto-sustav?
U biljaka postoje dva fotosustava.
Što se dogaña s klorofilom koji je obasjan svjetlošću? Kako se klorofil vraća iz pobuñenog u početno stanje?
Alberts et al. Garland Science, 2002,
Fotofosforilacija
1. membrana
2. protonska crpka
3. ATP-sintetaza
4. izvor elektrona visoke energije
5. gradijent protona kroz membranu
Alberts et al. Garland Science, 2002,
Enzim ATP-sintetaza pretvara energiju elektrokemijskog protonskog gradijenta u energiju kemijske veze, a katalizira i obrnut smjer pretvorbe energije u stanici.
Početna reakcija vezanja CO2. Reakciju u kojoj se CO2 pretvara u organsku molekulu katalizira enzim ribuloza bisfosfat karboksilaza/oksigenaza. Proizvod je 3-fosfoglicerat, koji je takoñer meñuprodukt u glikolizi.
Kloroplast je semiautonoman organel, većinu svojih proteina dobiva iz stanične citoplazme, unos proteina je strogo kontroliran, pa se unose samo proteini s odgovarajućim signalnim slijedom aminokiselina.