Drer Verseny 2012 Februr 10 A fotoszintzis rejtelmei

Dürer Verseny 2012. Február 10. A fotoszintézis rejtelmei és néhány érdekes dolog a növényekről Ferdinandy Bence ELTE, fizikus mesterszak

Bevezető Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Bevezető Fényszakasz energia megkötés • oxigén kibocsátás • Sötét szakasz széndioxid megkötés • cukor előállítás • Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Vázlat • A fotoszintézis anatómiája • A fényszakasz • A sötét szakasz • Problémák: fotorespiráció (fordítás: fénylégzés) • a fotoszintézis hatékonysága Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

A növényi sejt (EM kép) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

A növényi sejt (rajz) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Kloroplaszt (EM kép) M P Gránum (tilakoid membrán) Lamella (tilakoid membrán) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Kloroplaszt (rajz) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Rövid kitérő

Endoszimbionta elmélet Nem vagyunk egyedül odabent! Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Endoszimbionta elmélet Endo: belső szimbiózis: kölcsönösen előnyös együttélés Bizonyítékok: • kettős membrán (egy tőlünk, egy tőlük) • saját, félig funkcionális DNS • nagyon hasonlóak az egysejtűekhez • sejtosztódáskor ők külön osztódnak (anyuéból kapunk) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Rövid kitérő vége

A fényszakasz célja: nagy energiájú molekulák ATP: adenozin trifoszfát Ez nagyon fontos! Majdnem minden ezzel működik. A mitokondriumokban is készül. NADPH: Nikotinamid adenin dinukleotid foszfát Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) „Kint” „Bent” Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Az egész lelke: a Photosystem Mi történik itt? Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Photosystem II � Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

A photosystem fénygyűjtő rendszere A gyűjtőkomplex: Gyors energiaátadás Speciális pár Klorofil A molekula Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz összegzés 2 H 2 O , 4 foton 12 átpumpált proton 2 NADPH , 3 ATP , 1 O 2 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Miért zöldek a növények? Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Sötét fázis I: Ru. Bis. CO Ribulóz-1, 5 -bifoszfát karboxiláz oxigenáz: Valószínűleg a legelterjedtebb fehérje a Földön. Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Sötét szakasz II: Calvin-ciklus Ru. Bis. CO + 3 Ru. BP (5 C) + 3 CO 2 (3 C) • • 3 pc. 6 C 6 pc. 3 PGA 13 lépés, energiaigényes (Calvin ciklus 1 G 3 P (3 C) 3 Ru. Bp 2 G 3 P 1 cukor (6 C) a közben felhasznált energia 24 photons 12 NADPH 18 ATP Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Calvin ciklus Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fotorespiráció (az igazi fénylégzés) Ru. Bis. CO az O 2 -t is meg tudja kötni, és haszontalan dolgokat csinál belőle (ez függ a széndioxid és az oxigén koncentrációjától) • a folyamat visszafordítása energiaigényes és közben a növény széndioxidot is veszít • • • ezt az ún. fotorespirációs komplex végzi (kloroplaszt + mitokondrium+ peroxiszoma) fotoszintézis fajták: C 3, C 4, CAM Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

C 3 Fotoszintézis • Tipikus (85%) • eddig erről beszéltem A CO 2 –t 3 szénatomos termékbe fixál • nem hatékony meleg és száraz körülmények között mert a levelek bezárnak (nem veszít vizet, nem vesz fel széndioxidot) • Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

C 4 fotoszintézis • térbeli elkülönítés másik enzimmel fixál négy szénatomos termékbe külső sejtbe • termékből belső sejtben felszabadítja -> Calvin ciklis • Ru. Bis. Co így nem találkozik magas oxigén koncentrációval • • példa: cukornád, kukorica Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

CAM fotoszintézis • időbeli elválasztás, 1 sejt este köti meg a széndioxidot egy másik enzimmel (PEP) • nappal lezárja a sejtet és csinálja a Calvin ciklust • Példa: kaktuszok, ananász Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Hatékonyság I. Az egyes lépésekben elvesző energia • ~30% - hatáskeresztmetszet • ~47% - limitált elnyelési tartományok • ~24% - csak a vörösnek megfelelő energiát tudja használni • ~68% - cukorkészítés hatásfoka • ~35 -45% - fotorespiráció és egyéb veszteségek ez egy 5 -6%-os hatékonyságnak felel meg Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Hatékonyság II. • • • elméleti maximuma a hatásfoknak: 30% (a kémiai reakciók veszteségével együtt) laboratóriumban: 25% természetes körülmények között: • a Death Valley-ben (ligetszépe): 8% • cukornád: 7% (ez ugye C 4) • legtöbb növény: 1 -4 % Ezt az 1 -7%-ot használja saját maga fenntartására, növekedésre, szaporodásra is. • Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Hatékonyság III. Napelemek hatásfokával való összehasonlítás: • elméleti: 86% • laboratóriumban jelenleg: > 40 % • amit kapni lehet (olcsó / nem annyira olcsó): ~6% / 15 -20% DE: a növények önfenntartóak, maguktól szaporodnak és környezetbarát (nem kellenek hozzá ritka elemek) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Mit tanultunk? • anatómia: kloroplaszt • fényszakasz: elektrontranszport lánc, vízbontás, oxigénkészítés nagyenergiájú molekulákat készít, proton koncentráció különbséggel • • sötét szakasz: széndioxid megkötés: Ru. Bis. CO + energy = glucose • fotorespiráció: Ru. Bis. CO oxigént is köt-> C 3, C 4, CAM utak • hatékonyság: 10% alatt Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Mintaszöveg szerkesztése Második szint Harmadik szint Negyedik szint Ötödik szint