Advanced Biology Par. 5.1 tm 5.4

§ 5.1

Fotosynthese (= een overzicht)
Planten zijn autotropen, ze maken hun eigen voedsel in plaats van het te verkrijgen van andere organismen.

Fotosynthese
Een plant neemt CO2 en water op en maken hier suikers en andere complexe substanties van. Hierbij wordt ook O2 geproduceerd als bijproduct. De energie die voor deze reacties nodig is halen planten uit het licht. Dit kunnen ze opvangen door chlorofyl. (kijk in het boek voor een chemische vergelijking)

Fotosynthese is op te delen in twee fasen:
1. De lichtreactie: hiervoor is licht nodig. Water wordt gebroken in H en O2.
2. De donkerreactie: eigenlijk de licht-onafhankelijke reactie. Deze reactie kan namelijk net zo goed in het licht plaats vinden, er is alleen geen licht voor nodig.
De waterstof reageert met CO2 om een suiker te vormen. Ook wordt er weer water gemaakt.

De gevormde glucose is vaak de basis van een nieuwe structuur. Soms wordt er bijvoorbeeld cellulose voor de celwanden van gemaakt.

Waar fotosynthese plaats vindt:
Fotosynthese vindt plaats in de chloroplasten (bladgroenkorrels), dit hoeft niet per se in een blad te zijn.
Het doel van de chloroplasten is zorgen dat de fotosynthese reacties niet worden beïnvloed door andere reacties.
Een chloroplast bestaat uit twee membramen met daarin stroma. Hierin zitten de ribosomen, DNA en andere stoffen die nodig zijn bij fotosynthese.
Ook zitten er thylakoïden in, een soort discusvormige structuren. Meestal zitten ze in een groep die dan een granum heet. In deze groepen zit bijvoorbeeld het chlorofyl. (zie boek voor plaatje)

§5.2

Kleurstoffen
Hoe licht in de plant komt:
Licht verplaatst zich in golven, de golflengte bepaalt het soort licht (bijv. groen licht of UV). Als het licht op een plant valt worden sommige golflengtes geabsorbeerd terwijl anderen weer terug gekaatst worden. Dit komt door de kleurstoffen in de plant. De kleuren die niet worden geabsorbeerd zijn dus de kleuren die terugkaatsen en die wij zien.

Chlorofyl en andere kleurstoffen.
De belangrijkste kleurstof voor de fotosynthese is chlorofyl a. Deze absorbeert oranje-rood licht en blauw-paars licht. Dit is ook de enige kleurstof die in direct verband staat met de fotosynthetische reacties. Andere kleurstoffen (zoals chlorofyl b, caroteen en xanthofyl) nemen andere kleuren licht op en kunnen hun energie doorgeven aan chlorofyl a die wel in direct contact met de fotosynthese staat. Alleen groen licht wordt slecht geabsorbeerd (dus zijn veel planten groen!).
De mate van absorptie wordt vaak weergegeven in een absorptiespectrum. Hoe groot de fotosynthese is bij een bepaald soort licht wordt vaak weergegeven in een actiespectrum. Deze twee lijken vaak veel op elkaar (het licht dat geabsorbeerd wordt, wordt gebruikt voor de fotosynthese).
Zie ook het boek.

Hoe chlorofyl energie uit zonlicht kan halen:
Wanneer licht in een kleurstof komt gedraagt het zich alsof het uit allemaal losse deeltjes bestaat, fotonen. Deze fotonen bezitten energie, quantum, en deze is afhankelijk van de golflengte (hoe korter hoe meer energie).

Wanneer een chlorofylmolecuul een foton absorbeert, komt alle energie van het foton bij een elektron terecht die dan onder hoge spanning staat. In een chloroplast is het zo, dat het chlorofylmolecuul dit elektron door geeft aan het primary acceptor molecuul. Dit is het begin van de lichtreactie.

§5.3 de lichtreactie

Algemeen.
De reacties die nu plaats vinden zorgen voor energie en waterstof, daarnaast wordt als afvalproduct zuurstof geproduceerd.
De lichtreactie vindt plaats in de thylakoïden, waar licht wordt geabsorbeerd en ADP wordt omgezet naar ATP (dit heet fotofosforlatie (of zoiets)). Het gevangen licht wordt ook gebruikt om watermoleculen te splitsen en elektronen vrij te maken (dit heet fotolyse).

Fotofosforlatie en het elektron transportsysteem.
De eerste stap is dus een elektron losmaken van het chlorofylmolecuul, door spanning op het elektron te zetten.

Tijdens de lichtreactie gaan deze elektronen langs het elektron transport syteem, gevormd door een aantal elektron draagmoleculen. Dit zijn meestal eiwitten. Elk molecuul in deze ketting heeft een hogere aantrekkingskracht op het elektron dan het vorige zodat deze steeds wordt doorgegeven. De laatste in deze keten is NADP+.
Tijdens de reis van een elektron komt er energie vrij, deze wordt gebruikt om ATP te vormen.

Fotolyse.
Als een chlorofyl a molecuul een elektron is kwijtgeraakt wil hij graag een nieuwe, ander kan hij niet meer reageren. Hierdoor komt er een enzym dat een elektron gaat halen bij de watermoleculen die hierdoor gesplitst worden in H en O2. Daarnaast komen er ook protonen vrij.

Het Z schema.
Zie afbeelding in het boek en probeer het goed te begrijpen, dit is namelijk essentieel.

Op de x-as zien we de tijd en op de y-as het energieniveau van de elektronen.
Bij fotosyteem II zien we de fotonen op het chlorofyl a vallen, dan volgt er een paarse pijl omhoog met 2e- (2 elektronen). Hiervan gaat het energie niveau dus erg omhoog. Om het verlies van deze twee elektronen te compenseren zien we dat water wordt gesplitst, waarbij ook 2e- vrij komen die aan het chlorofyl worden gegeven, ook komt er O2 vrij.

Aan het eind van de paarse pijl staat het eerste molecuul dat de elektronen ontvangt, dan gaan ze langs meerdere moleculen naar beneden, dus hun energie niveau daalt. Die energie wordt namelijk gebruikt om ATP te maken.

Bij fotosysteem 1 zien we weer dat er door fotonen twee elektronen worden vrij gemaakt. Het verlies van deze twee wordt opgevangen door de elektronen van fotosysteem 2.
De twee nieuwe elektronen ondergaan eenzelfde baan als de eerste twee, maar komen uiteindelijk uit bij NADP+ , waar ze samen met protonen (afgebeeld als H+) NADPH creëren.

De ontstane ATP en NADPH worden gebruikt voor de donkerreactie.

§5.4 de donkerreactie

De donkerreactie vindt plaats in het stroma, waar enzymen glucose maken van CO2 door een aantal reacties. Dit is ontdekt door Melvin Calvin en tegewoordig heet deze cyclus waarin glucose wordt gemaakt dan ook de Calvin cyclus.
ATP en NADPH worden in deze reacties gebruikt.

De Calvincyclus.
Ook hier gaat het weer om het plaatje in het boek van de cyclus.

We beginnen helemaal links in de cirkel waar staat “3 molecules of RuBP”. RuBP is de afkorting voor een stof met daarin 5 C’tjes en wat fosforgroepen. Daar hebben we er nu dus 3 van.
Dan volgen we de pijl en zien we dat er 3 CO2 moleculen bij komen. Door toedoen van een enzym (afgekort rubisco) komt er per RuBP 1C bij (als we de pijl weer volgen; bovenaan zien we het toevoegen van het enzym, rechtsboven de 3 ontstane moleculen met nu dus 6C).
Als we de pijl verder volgen zien we dat elk van deze moleculen wordt gebroken in 2 ander moleculen (afgekort GP) met dus ieder 3C en een fosforgroep. Hier zijn er nu 6 van.
Deze worden omgezet in GALP door het toevoegen van de energie opgeslagen in ATP en NADPH (die zijn gemaakt bij de lichtreactie). Zoals ze in het boek staan weergegeven lijken GP en GALP hetzelfde, maar ik denk dat in feite de lading is veranderd (door dus energie toe te voegen). Dit is waarschijnlijk nodig voor de reactie die nu gaat komen: 1 van de 6 GALP moleculen wordt gebruikt om glucose te maken. De overige vijf worden door ATP weer omgezet in RuBP en kunnen weer worden gebruikt.

Nog belangrijk: als ATP en NADPH hun energie hebben afgegeven veranderen ze weer in ADP en NADP+. Deze worden weer opnieuw gebruikt bij de lichtreactie.