Φωτοσύνθεση
φως CO2 + 2H2S
(CH2O) + H2O + 2S Φως
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 Φωτεινές Αντιδράσεις – Σκοτεινές Αντιδράσεις
Μεμβράνες θυλακοειδών
Στρώμα χλωροπλαστών
Ρόλος των χρωστικών Χρωστική : κάθε ουσία που απορροφάει ορατό φως για να πραγματοποιήσει φωτοχημική διαδικασία Η χλωροφύλλη απορροφάει κυρίως τα κυανά μήκη κύματος του φωτός Φωτοσυνθετικές χρωστικές Χλωροφύλλη Καροτενοειδή (ερυθρές πορτοκαλί ή κίτρινες λιποδιαλυτές) Καροτένια Ξανθοφύλλες Φυκοβιλλίνες (κυανοβακτήρια ερυθροφήκη ) Φυκοκυανίνη Φυκοερυθρίνη
Chlb Μεταβάλλει την ενεργεία στη Chla Διευρύνει το φάσμα απορρόφησης του φωτός Αποτελεί το ¼ της συνολικής περιεκτικότητας Καροτενοειδή ή φυκοβιλλίνες Μεταφέρεται η ενέργεια στη Chla Προστατεύουν την Chla από οξείδωση Η χλωροφύλλη μετατρέπει τη φωτεινή ενεργεία σε χημική μόνο όταν είναι συνδεδεμένη με πρωτεΐνες και είναι στερεωμένη σε μια εξειδικευμένη μεμβράνη όπως τα θυλακοειδή
Φωτοσύστημα Ι (PSI) Χρωστική Ρ700 ,απορροφά κυρίως υπέρυθρο φως Παράγει ισχυρό οξειδωτικό ,οξειδώνει το νερό Φωτοσύστημα ΙΙ (PSII) Χρωστική P680 , απορροφά κυρίως ερυθρό φως Παράγει ισχυρό αναγωγικό ,ανάγει το NADP
Μη κυκλική μεταφορά e-
( μη κυκλική φωσφοριλίωση) Κυκλική ροή e(κυκλική φωτοφωσφοριλίωση) • Παράγει ΑΤΡ • Δεν παράγει NADPH ή O2 Η ενέργεια που παράγεται σε ΑΤΡ και NADPH + H+ από τις φωτεινές αντιδράσεις χρησιμοποιείται για την αναγωγή C στο δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης (σκοτεινές αντιδράσεις)
(Κύκλος Calvin – C3 κύκλος ,στρώμα χλωροπλάστη) a. Καρβοξυλίωση του αποδέκτη CO2 b. Αναγωγή καρβοξυλικών οξέων σε αλδεϋδική μορφή (3-φωσφορική γλυκεριναλδεϋδη) c. Αναγέννηση του CO2: 3-φωσφορικός εστέρας του γλυκερινικού οξέος (3 άτομα C) Φωτοσυνθετικός κύκλος C4 φυτά (κύκλος Hatch και Slack) Πρώτο προϊόν ενσωμάτωσης του CO2 οξαλικό οξύ (4 άτομα C)
Δέσμευση του CO2 με καρβοξυλίωση της φωσφοενολικής μορφής του πυροσταφυλικού οξέος (ΡΕΡ)και σχηματισμός C4 οξέος (μηλικό ή ασπαρτικό) Μεταφορά C4 οξέων στα κύτταρα του δεσμικού κολεού Αποκαρβοξυλίωση C4 οξέων στα κύτταρα του δεσμικού κολεού και απελευθέρωση CO2 Μεταφορά C3 οξέων (πυροσταφυλικό ή αλανίνη)στα κύτταρα του μεσοφύλου
Προσαρμόστηκαν πλήρως στο έντονο φως ,υψηλές θερμοκρασίες ,έντονη ξηρασία / χαμηλή εδαφική υγρασία ,χαμηλή [CO2] Έχουν μικρότερες απώλειες σε H2O (άνοιγμα στοματίων) Απελευθερώνουν CO2 στα κύτταρα του δεσμικού κολεού Εντονότερο ρυθμό φωτοσύνθεσης Περιορισμένη ή μικρότερη φωτοαναπνοή
(νύχτα)
(νύχτα χυμοτόπια) καρβοξυλάση
Άμυλο
ΡΕΡ
Αναγωγή
ΟΑΑ
μηλικό οξύ
(ημέρα κυτόπλασμα) αποκαρβοξυλίωση
Μηλικό οξύ
πυροσταφυλικό οξύ
Άμυλο + CO2
Άνοιγμα στοματίων κατά τη διάρκεια της νύχτας Διαπνοή κατά τη διάρκεια της νύχτας Πρόσληψη του CO2 κατά τη διάρκεια της νύχτας
Αύξηση (μείωση) της οξύτητας κατά τη διάρκεια της νύχτας (ημέρας) Ελάττωση (αύξηση) του αμύλου κατά τη διάρκεια της νύχτας (ημέρας) Μικρή ή σχεδόν μηδενική ανταλλαγή αερίων (στομάτια κλειστά) κατά τη διάρκεια της ημέρας
Η ποσότητα CO2που χάνεται από τα φυτά(Φωτοαναπνοή) αυξάνεται: Όσο μεγαλύτερη είναι η παρουσία O2 στο άμεσο περιβάλλον του κυττάρου Όσο μικρότερη είναι η συγκέντρωση CO2 Όσο υψηλότερη είναι η εξωτερική θερμοκρασία Όσο πιο έντονη είναι η ακτινοβολία Σημασία της φωτοαναπνοής Πολυδάπανη λειτουργία Απώλειες οργανικού C και Ν απώλειες ενεργείας (ΑΤΡ)
Σύνθεση αμινοξέων σερίνης και γλυκίνης (σύνθεση πρωτεϊνών και χλωροφύλλης) 2. Μετατροπή του γλυκολικού οξέος σε γλυκερινικό οξύ (μείωση των απωλειών σε C κατά 75%) 3. Κατανάλωση O2 αποφυγή βλάβης από ελεύθερες ρίζες O2 (υπεροξείδιο) 4. Μετακίνηση φωσφογλυκολικού οξέος (τοξικό)στα υπεροξειδιοσώματα 1.
Σημείο ισοστάθμισης του φωτός : Ένταση φωτός στην οποία η ποσότητα CO2 που προσλαμβάνεται για τη φωτοσύνθεση και αυτή που απελευθερώνεται με την αναπνοή είναι ίσες . Σημείο φωτοκορεσμού : Ένταση φωτός πέρα από την οποία η φωτοσύνθεση παραμένει.
Θερμοκρασία Η άριστη θερμοκρασία φωτοσύνθεσης κυμαίνεται μεταξύ ευρέων ορίων και εξαρτάται από το είδος του φυτού και από το γεωγραφικό πλάτος εξάπλωσης
CO2
Νερού (H2O) Πηγή πρωτονίων για αναγωγή NADP+ NADPH2 Πηγή ηλεκτρονίων για το PSII Έλλειψη νερού αναστέλλει τη φωτοσύνθεση λόγω: Ελάττωσης επιφάνειας των φύλλων Κλείσιμο των στοματίων Ελάττωση υδάτωσης του πρωτοπλάσματος Θρεπτικά συστατικά N , Mg δομικά στοιχεία χλωροφύλλης Fe σχηματισμός χλωροφύλλης P μεταφορά ενέργειας ΑΤΡ
Εσωτερικοί παράγοντες Ηλικία των φύλλων Ανατομικές και φυσιολογικές διαφορές Ανατομία του φύλλου Ανατομικά εξαρτήματα (τρίχες ,αδένες ,κηροί)μειώνουν την απορρόφηση του φωτός Υδατική κατάσταση του πρωτοπλάσματος Δραστηριότητα ενζύμων Σπαργή κυττάρου άνοιγμα / κλείσιμο στοματίων
Ρόλος των στοματίων Μέγεθος Αριθμός ανά μονάδα επιφάνειας Μηχανισμός ελέγχου ανοίγματος Περιεκτικότητα του πρωτοπλάσματος σε νερό Ποσότητα χλωροφύλλης Θετική συσχέτιση ποσότητας χλωροφύλλης με τη φωτοσυνθετική απόδοση
Κίνηση των χλωροπλαστών Χαμηλή ένταση φωτός : Χλωροπλάστες στα επιφανειακά κύτταρα παράλληλα προς την επιφάνεια του φύλλου Έλασμα φύλλου κάθετα στο προσπίπτον φως (ηλιοτροπισμός)
φύλλο
χλωροπλάστης
Συγκέντρωση προϊόντων της φωτοσύνθεσης Η συσσώρευση των προϊόντων της φωτοσύνθεσης οδηγεί σε επιβράδυνση της φωτοσυνθετικής διαδικασίας