Η δέσµευση της ηλιακής ενέργειας

Transcript

1 Λειτουργία Η δέσµευση της ηλιακής ενέργειας ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 1

2 Η δέσµευση και η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας γίνεται από ένα βιολογικό σύστηµα που ονοµάζεται «Φωτοσυνθετική Αλυσίδα Μεταφοράς Ηλεκτρονίων» (συντοµογραφικά: ΦΑΜΗ) ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 2

3 Η δέσµευση της φωτεινής ενέργειας γίνεται στον χλωροπλάστη ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 3

4 Το σύστηµα της ΦΑΜΗ αποτελείται από 4 «εξαρτήµατα» ή«συµπλέγµατα»: (1) το φωτοσύστηµα ΙΙ (2)τοσύµπλοκοκυτοχρωµάτωνb 6 f (3) το φωτοσύστηµα Ι (4) την ΑΤΡαση πρωτονίων ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 4

5 Στο σηµείο αυτό χρειαζόµαστε ένα ένθετο για να καταλάβουµε ότι: «η ροή ηλεκτρονίων είναι και ροή ενέργειας» ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 5

6 Φυσιολογία Φυτών Ένθετο µόριαακαιβ: παίρνουνκαιδίνουνe - εύκολα Τοµόριοπουέχειπάρειέναe - είναιανηγµένο (έχειαναχθεί) Ότανδώσειτοe - είναιοξειδωµένο(έχειοξειδωθεί) Το µόριο έχει 2 καταστάσεις: την ανηγµένη ενεργειακά υψηλότερη (αν) και την οξειδωµένη ενεργειακά χαµηλότερη(οξ) ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 6

7 Επανερχόµαστε τώρα στη ΦΑΜΗ για να δούµε συνοπτικά τι κάνει το κάθε εξάρτηµα αυτού του συστήµατος και πώς ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 7

8 Ο µηχανισµός µε τα 4 σύµπλοκα βρίσκεται στη µεµβράνη του θυλακοειδούς ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 8

9 Το φωτοσύστηµα ΙΙ απορροφά φωτεινή ενέργεια, αποσπά ηλεκτρόνια από το νερό και παράγει οξυγόνο και πρωτόνια Η διεργασία λέγεται φωτόλυση του νερού Το φωτοσύστηµα ΙΙ µεταβιβάζει τα ηλεκτρόνια αυτά στοσύµπλοκοκυτοχρωµάτωνb 6 f ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 9

10 Το φωτοσύστηµα Ι απορροφά φωτεινή ενέργεια, παραλαµβάνει τα ηλεκτρόνια από το σύµπλοκο κυτοχρωµάτωνb 6 fκαιταµεταφέρειστοnadp + To NADP + ανάγεταισεnadph ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 10

11 Στο σηµείο αυτό χρειαζόµαστε ένα ένθετο πουναµαςλέειταβασικά για τη φωτεινή ενέργεια ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 11

12 Φυσιολογία Φυτών Ένθετο φωτεινή ενέργεια: σωµατίδιο και κύµα µεγέθη που το χαρακτηρίζουν: µήκοςκύµατοςλ(σεnm) 1nm=10-9 m η απόσταση µεταξύ δύο διαδοχικών µεγίστων συχνότηταν(σεs -1 ) αριθµός µεγίστων στη µονάδα του χρόνου δεν εκπέµπεται συνεχώς, αλλά κατά φωτεινά«πακέτα» µε πολλά και διαφορετικά µήκη κύµατος φωτεινό σωµατίδιο: φωτόνιο 1 mol φωτονίων=1 Einstein=6,023x10 23 φωτόνια ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 12

13 Φυσιολογία Φυτών Ένθετο Το φωτόνιο µεταφέρει ενέργεια Ε(σε J) quantum: αυτό το πακέτο ενέργειας Η ενέργεια σχετίζεται µε τη συχνότητα Ε=hv Η συχνότητα σχετίζεται µε το µήκος κύµατος c=λν c=3x10 8 m.s -1 ταχύτητατουφωτός(σταθερή) h=6,62x10-34 J.s (σταθερή) ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 13

14 Φυσιολογία Φυτών Ένθετο ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 14

15 Φυσιολογία Φυτών Ένθετο Κλείνοντας το ένθετο για τη φωτεινή ενέργεια πρέπει να θυµόµαστε ότι: όταν µεγαλώνει το µήκος κύµατος µειώνεται το περιεχόµενο του φωτονίου σε φωτεινή ενέργεια ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 15

16 Προχωράµε τώρα να δούµε αναλυτικότερα πώς λειτουργεί ένα φωτοσύστηµα ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 16

17 Φωτοσύστηµα = συλλέκτης φωτονίων + αντλία ηλεκτρονίων (1) δέσµευση της φωτονιακής ενέργειας (2) προώθηση της φωτονιακής ενέργειας (3)άντλησηe - ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 17

18 µηχανισµός προώθησης της φωτεινής ενέργειας Car: καροτινοειδές Car* : ενεργοποιηµένο καροτινοειδές ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 18

19 µηχανισµός διαχωρισµού του φορτίου Chl: χλωροφύλλη Chl* : ενεργοποιηµένη χλωροφύλλη Chl + : οξειδωµένηχλωροφύλλη ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 19

20 ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 20

21 Στο σηµείο αυτό υπενθυµίζουµε το σύστηµα της ΦΑΜΗ γιαναδούµετιγίνεταιµεταπρωτόνια ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 21

22 Ηφωτόλυσητουνερούκαιηµεταφοράe - αποδεσµεύουν πρωτόνια. Η ΑΤΡαση πρωτονίων αντλεί τα πρωτόνια και τα µεταφέρει στην άλλη πλευρά της µεµβράνης. Συγχρόνως, προσθέτει φωσφορική οµάδα στο ADP και παράγεται ΑΤΡ. Η διεργασία λέγεται φωτοφωσφορυλίωση του ADP. ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 22

23 (1) µεταφοράη + σεάλλο µεταβολικό διαµέρισµα (2) ΦωσφορυλίωσητουADP παραγωγή ΑΤΡ (ενεργειακή φόρτιση) ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 23

24 Στο σηµείο αυτό πρέπει να έχουµε κατανοήσει ότι η ΦΑΜΗ λειτουργεί ως«αντλία ηλεκτρονίων» και ως«αντλία πρωτονίων» για να καταλάβουµε τις επόµενες δύο περιπτώσεις λειτουργίας της ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 24

25 Το σύστηµα µετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χηµική παράγει NADPH και ΑΤΡ όταν λειτουργεί η γραµµική φωτοφωσφορυλίωση ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 25

26 Το σύστηµα µετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χηµική παράγει µόνο ΑΤΡ όταν λειτουργεί η κυκλική φωτοφωσφορυλίωση ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 26

27 Συµπερασµατικά: Το φυτό είναι ηλιακός συλλέκτης (1) διαθέτει σύστηµα που δεσµεύει τη φωτεινή ενέργεια (2) διαθέτει σύστηµα που µεταφέρει τη δεσµευµένη ενέργεια και φορτίζει δύο ενεργειακά µόρια τοnadph καιτοατρ Αυτά χρησιµεύουν ως καύσιµα για την πραγµατοποίηση βιοχηµικών αντιδράσεων ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 27

28 και επιγραµµατικά ΦυσιολογίαΦυτών3 ου Εξαµήνου. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 28