1 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.2 ΟΡΑΣΟ ΦΩ ΚΑΙ ΦΩΣΟΤΝΘΕΣΙΚΕ ΧΡΩΣΙΚΕ Τπάρχουν αρκετζσ χρωςτικζσ ουςίεσ που ςυμμετζχουν ςε βιολογικζσ αντιδράςεισ. Οι χρωςτικζσ που ζχουν ςχζςθ με τθν φωτοςφνκεςθ ονομάηονται φωτοςυνκετικζσ χρωςτικζσ. Αυτεσ οι φωτοςυνκετικζσ χρωςτικζσ απορροφοφν το φωσ του ιλιου και διεγείρονται. Μπαίνουν ςε μια κατάςταςθ δθλαδι όπου ζχουν πολφ ενζργεια. Ο λόγοσ που το κάνουν αυτο είναι για να βρεκζι αρκετι ενζργεια ςτουσ χλωροπλάςτεσ ζτςι ϊςτε να γίνει θ διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ. Τπάρχουν πολλά είδθ φωτοςυνκετικϊν χρωςτικϊν ουςίων. υναντοφμε φωτοςυνκετικζσ χρωςτικζσ ςτα φυτά, πρϊτιςτα και αρκετά βακτιρια. Η πιο διαδεδομζνθ χρωςτικι ουςία είναι θ χλωροφφλλθ. Σα κυριότερα είδθ χλωροφφλλθσ είναι θ χλωροφφλλθ α και θ χλωροφφλλθ β. Αυτεσ τα δφο είδθ αποροφουν διαφορετικό χρϊμα από το θλιακό φωσ. Για να καλυψουν όμωσ τα φυτά ζνα ευρφτερο φάςμα χρϊματοσ από το φωσ διακζτουν και τισ ςυμπλθρωματικζσ χρωςτικζσ. Οι ςυμπλθρωματικζσ χρωςτικζσ είναι καρωτινοειδι (πορτοκαλί χρϊμα) και οι ξανκόφυλλεσ (κίτρινο χρϊμα). Μόρια χλωροφφλλθσ μαηί με μόρια ςυμπλθρωματικϊν χρωςτικϊν και μεταφορείσ θλεκτρονίων ςχθματίηουν ζνα φωτοςφςτθμα. Σα φωτοςυςτιματα περιζχουν 200-300 μόρια χρωςτικϊν ουςιϊν. Σα δφο ςθμαντικά φωτοςυςτιματα τα οποία κα αςχολθκοφμε ςτθν ςυνζχεια είναι το φωτοςφςτθμα Ι και φωτοςφςτθμα ΙΙ. Σο φωτοςφςτθμα Ι περιζχει ειδικό τφπο χλωροφφλλθσ α τθν P700 που ζχει μζγιςτθ απορρόφθςθ ςτα 700nm. Σο φωτοςφςτθμα ΙΙ περιζχει ενα άλλο ειδικό τφπο χλωροφφλλθσ α τθν P680 που ζχει μζγιςτθ απορρόφθςθ ςτα 680nm. Σο φωτοςφςτθμα λειτουργεί ςαν κεραία που λαμβάνει ςιμα από τον ιλιο. Η χλωροφφλλα α είναι το κεντρικό ςθμείο του φωτοςυςτιματοσ, καταλαμβάνει το κζντρο και γιάυτο ονομάηεται κζντρο αντιδράςεων. Όλεσ οι υπόλοιπεσ ςυμπλθρωματικζσ χρωςτικζσ βρίςκονται γφρω γφρω από το κζντρο αντιδράςεων, λαμβάνουν φωτόνια από τον ιλιο, παίρνουν ενζργεια που τθν μεταφζρουν ςτο κζντρο αντιδράςεων. Αυτθ θ διαδικαςία είναι πολφ ςθμαντικι και κα τθν δοφμε και ςτθν ςυνζχεια.
2 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.3 ΣΟ ΦΤΛΛΟ ΚΑΙ ΟΙ ΧΛΩΡΟΠΛΑΣΕ Η φωτοςφνκεςθ γίνεται ςτουσ χλωροπλάςτεσ. Οι χλωροπλάςτεσ είναι ζνα οργανίδιο του φυτικοφ κυττάρου. Οι χλωροπλάςτεσ ςτα φφλλα βρίςκονται ςε μεγάλεσ ποςότθτεσ. Οι χλωροπλάςτεσ είναι τα οργανίδια που περιζχουν τισ χρωςτικζσ ουςίεσ και γι αυτο θ φωτοςφνκεςθ γίνεται εκεί. Πιο κάτω κα δείτε το ςχιμα του χλωροπλάςτθ με τα ςθμαντικά του ςθμεία. Ο χλωροπλάςτθσ ζχει εξωτερικι και εςωτερικι μεμβράνθ. Ο χϊροσ μεταξφ των δφο μεμβρανϊν ονομάηεται μεςομεμβρανικόσ χϊροσ. Ο κενόσ χϊροσ μζςα ςτο κφτταρο ονομάηεται ςτρώμα. Η φωτοςφνκεςθ λαμβάνει μζροσ ςτα κυλακοειδι των κοκκίων. Σα κυλακοειδι φαίνονται ςαν τουσ δίςκουσ. Σα κυλακοειδι ςτοιβάηονται το ζνα πάνω ςτο άλλο ςχθματίηοντασ τα κοκκία. Σα κοκκία ςυνδζονται μεταξφ τουσ με ελάςματα. Κοκκία
3 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.4 Θ ΦΩΣΟΤΝΘΕΘ Η φωτοςφνκεςθ είναι θ διαδικαςία κατα τθν οποία παράγεται γλυκόηθ και οξυγόνο. Για τθν παραγωγι αυτων των προϊόντων απαιτοφνται 4 παράγοντεσ. Σο νερό, ο ιλιοσ, το διοξείδιο του άνκρακα και θ χλωροφφλλθ. Η φωτοςφνκεςθ παριςτάνεται με τθν παρακάτω γενικι χθμικι εξίςωςθ. Εκτόσ των φυτϊν, κάποια βακτιρια φωτοςυνκζτουν επίςθσ. Αυτα δεν χρθςιμοποιοφν όμωσ χλωροφφλλθ αλλά άλλεσ χρωςτικζσ που ονομάηονται βακτθριοχλωροφφλλεσ. Επίςθσ αντι για νερό χρθςιμοποιοφν υδρόκειο. Η λειτουργία αυτθ ονομάηεται βακτθριακι φωτοςφνκεςθ και παριςτάνεται με τθν πιο κάτω χθμικι εξίςωςθ.
4 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.5 ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΘ ΜΕΛΕΣΘ ΣΘ ΦΩΣΟΤΝΘΕΘ Η διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ όπωσ είπαμε παράγει γλυκόηθ. Σθν γλυκόηθ είναι ςχεδόν αδφνατον να τθν ανιχνζυςουμε ςτα φφλλα ι ςε άλλα ςθμεία του φυτοφ που γίνεται θ φωτοςφνκεςθ γιατί αμζςωσ ςυμπυκνϊνεται με άλλα μόρια γλυκόηθσ για να δθμιουργιςουν άμυλο. Γι αυτο το λόγο εμεισ για να διαπιςτϊςουμε οτι γίνεται θ διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ κα ανιχνεφουμε άμυλο. Για να γίνει όμωσ αυτο πρζπει πρϊτα να πραγματοποιθκεί ο αποχωρματιςμόσ του φφλλου, δθλαδι να απομακρυνκεί θ χλωροφφλλθ. Αποχρωματιςμόσ φφλλων και ανίχνευςθ αμφλου Πρϊτα παίρνουμε ζνα φφλλο το οποίο ιταν εκτεκειμζνο ςτον ιλιο. Για να το αποχρωματίςουμε πρϊτα το βράηουμε ςτο νερό για περίπου 1 λεπτό. Σο κάνουμε αυτο για να διαλυκοφν οι κυτταρικζσ μεμβράνεσ και να γίνουν ολοπερατζσ. τθ ςυνζχεια παίρνουμε ζνα δοκιμαςτικό ςωλινα και τοποκετοφμε μζςα οινόπνευμα. Μζςα ςτο οινόπνευμα βάηουμε το φφλλο που ιδθ βράςαμε. Σοποκετοφμε τον δοκιμαςτικό ςωλινα μαηί με το φφλλο μζςα ςτο ηεςτό νερό όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα. Μετά από λίγο το οινόπνευμα ξεκινά να πραςινίηει. Αυτο γίνεται γιατι θ χλωροφφλλθ φεφγει από το φφλλο (αποχρωματίηεται). Βγάηουμε το φφλλο ςιγά ςιγά και τοποκετοφμε ςτον πάγκο. Παρατθροφμε οτι το φφλλο άςπριςε, ζχει χάςει δθλαδι το πράςινο χρϊμα. Σϊρα που θ χλωροφφλλθ ζχει απομακρυνκεί μποροφμε να προςκζςουμε 2-3 ςταγόνεσ ιωδίου για να ανιχνεφςουμε το άμυλο. Αν το ςθμείο του φφλλου που ιρκε ςε επαφι με το ιϊδιο μαυρίςει ςθμαίνει οτι υπάρχει άμυλο. Αν δεν αλλάξει χρϊμα τότε δεν υπάρχει άμυλο. Η ςθμαςία του νεροφ ςτθ φωτοςφνκεςθ Όπωσ είδαμε πιο πριν για να γίνει θ φωτοςφνκεςθ απαιτείται νερό. Εμεισ με αυτο το πείραμα κα προςπακιςουμε να αποδείξουμε οτι θ φωτοςφνκεςθ δεν γίνεται χωρίσ τθν παρουςία νεροφ. Δθλαδι αν δεν υπάρχει νερό ςθμαίνει δεν κα γίνει φωτοςφνκεςθ αρα δεν κα παραχκεί οφτε άμυλο. Παίρνουμε δφο φυτά ίδιασ θλθκίασ, ίδιου είδουσ και τα τοπεκετοφμε ςτον ίδιο χϊρο. Πρζπει να είμαςτε ςίγουροι οτι τα βλζπει ο ιλιοσ. Σο ζνα φυτό κα το ποτίηουμε ενϊ το άλλο όχι. Μετά από λίγεσ θμζρεσ παίρνουμε ζνα φφλλο απο κάκε φυτό. Αποχρωματίηουμε τα δφο φφλλα και προςκζτουμε ιϊδιο. Παρατθροφμε οτι το φφλλο που ποτιηόταν μαφριςε ενϊ το άλλο όχι. υμπζραςμα οτι το νερό είναι απαραίτθτο για τθ φωτοςφνκεςθ.
5 Η ςθμαςία του CO 2 ςτθ φωτοςφνκεςθ Πάμε τϊρα να ελζγξουμε εάν το διοξείδιο του άνκρακα είναι απαραίτθτο για τθν διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ. Παίρνουμε ζνα φυτό. Σο αφινουμε για 48 ϊρεσ ςε ςκοτείνό μζροσ ζτςι ϊςτε να γίνει απαμφλωςθ. Απαμφλωςθ ςθμαίνει να εξαφανιςτεί όλο το άμυλο που προχπιρχε ςτο φυτό ζτςι ϊςτε όταν κάνουμε το πείραμα μασ να μθν πάρουμε λάκοσ αποτελζςματα. Κλείνουμε 2 φφλλα με δφο διαφανι πλαςτικά ςακοφλια. το ζνα ςακοφλι τοποκετοφμε νερό ενϊ ςτο άλλο καυςτικό νάτριο (NaOH). Σο καυςτικό νάτριο απορροφά το διοξείδιο του άνκρακα που βρίςκεται ςτον χϊρο. Ποτίηουμε το φυτό κανονικά και το ζχουμε εκτεκειμζνο ςτον ιλιο. Μετά από λίγεσ μζρεσ, παίρνουμε τα δφο φφλλα τα αποχρωματίηουμε και προςκζτουμε άμυλο. Σο φφλλο που περιείχε καυςτικό νάτριο δεν μαυρίηει άρα δεν φωτοςφνκετε. Σο ςυμπζραςμα είναι οτι θ φωτοςφνκεςθ χρειάηεται CO 2. Η ςθμαςία του θλιακοφ φωτόσ ςτθ φωτοςφνκεςθ Πάμε τϊρα να ελζγξουμε εάν το θλιακό φωσ είναι απαραίτθτο για τθν διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ. Παίρνουμε δφο φυτά το ζνα το αφινουμε εκτεκειμζνο ςτο ιλιο ενϊ το άλλο το βάηουμε ςε ςκοτεινό μζροσ. Ποτίηουμε τα φφτά το ίδιο. Πρζπει να είμαςτε ςίγουροι οτι τα φυτά είναι τθσ ίδιασ θλικίασ και ίδιου είδουσ. Μετά από λίγεσ μζρεσ κόβουμε ζνα φφλλο από κάκε φυτό. Αποχρωματίηουμε τα φφλλα και προςκζτουμε ιϊδιο. Παρατθροφμε οτι ςτο φφλλο ςτο ςκοτεινό δωμάτιο δεν μαυριςε ενϊ το άλλο μαυριςζ. υμπεραςμά ότι το θλιακό φωσ είναι απαραίτθτο για τθν φωτοςφνκεςθ. Η ςθμαςία τθσ χλωροφφλλθσ ςτθ φωτοςφνκεςθ Πάμε τϊρα να ελζγξουμε εάν θ χϊροφφλλθ είναι απαραίτθτθ για τθν διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ. Παίρνουμε φφλλα κιςςοφ. Ο κιςςόσ ζχει τθν ιδιότθτα να ζχει χλωροφφλλθ ςτισ άκρεσ αλλά όχι ςτο κζντρο. Αποχρωματίηουμε το φφλλο και προςκζτουμε ιϊδιο. Παρατθροφμε ότι το κζντρο του φφλλου δεν μαυρίηει ενϊ οι άκρεσ μαυρίηουν. Αυτο ςθμαίνει ότι θ χλωροφφλλθ ζιναι απαραίτθτθ για τθν φωτοςφνκεςθ και τθν παραγωγι αμφλου.
6 χθματιςμόσ οξυγόνου κατα τθ φωτοςφνκεςθ Πϊσ μποροφμε να αποδείξουμε οτι το αζριο που παράγεται κατα τθν διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ είναι το οξυγόνο και όχι κάποιο άλλο; Παίρνουμε ζνα δοχείο και τοποκετοφμε νερό με υδρόβια φυτά. Πάνω από τα υδρόβια φυτά τοποκετοφμε ενα δοκιμαςτικό ςωλινα αναποδογυριςμζνο για να μαηεφει το αζριο που παράγεται. Η πειραματικι διάταξθ φαίνεται ςτθν εικόνα. Ετοιμάηουμε δφο πειράματα τα ίδια αλλά το ζνα το τοπεκετοφμε ςτο φωσ ενϊ το άλλο ςτο ςκοτάδι. Παρατθροφμε οτι ςτο ςκοτάδι δεν παράγεται κανζνα αζριο γιατί δεν γίνεται θ φωτοςφνκεςθ. το φωσ όμωσ παράγεται κάποιο αζριο. Παίρνουμε τον δοκιμαςτικό ςωλινα που περιζχει το αζριο και τοποκετοφμε ζνα μιςοςβθςμζνο ςπίρτο. Εαν το ςπίρτο αναηωπθρωκεί τότε το αζριο είναι το οξυγόνο. Άρα τα φυτά παράγουν οξυγόνο που είναι απαραίτθτο για τθν επιβίωςθ πολλϊν ηωντανϊν οργανιςμϊν ςτον πλανιτθ μασ.
7 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.6 ΟΙ ΦΑΕΙ ΣΘ ΦΩΣΟΤΝΘΕΘ ΚΑΙ Ο ΧΘΜΑΣΙΜΟ ΣΘ ΓΛΤΚΟΗΘ Η φωτοςφνκεςθ δεν είναι μια παλι διαδικαςία. Παρόλο που θ χθμικι τθσ εξίςωςθ δείχνει τα πράγματα να είναι απλά, το τι ςυμβάινει μζςα ςτο χλωροπλάςτθ είναι πάρα πολφ περίπλοκο. Εμεισ κα μάκουμε πωσ το νερό, θ χλωροφφλλθ, το διοξείδιο του άνκρακα και το θλιακό φωσ χρθςιμοποιοφνται για παραγωγι οργανικϊν ουςιϊν. Η φωτοςφνκεςθ αποτελείται από δφο φάςεισ τθν φωτεινι φάςθ που γινεται ςτα κυλακοειδι των χλωροπλαςτϊν και τθν ςκοτεινι φάςθ όπου γίνεται ςτο ςτρϊμα του χλωροπλάςτθ. Προτοφ όμωσ μιλιςουμε αναλυτικά γι αυτεσ τισ δφο φάςεισ πάμε πρϊτα να κάνουμε μια μικρι επανάλθψθ ςε αυτα που είπαμε πιο πριν. Σο θλιακό φωσ περιζχει φωτόνια. Όταν ζνα φωτόνια ςυναντιςει ζνα μόριο 3 πράγματα μποροφν να ςυμβοφν: (α) Σο φωτόνιο να ανακλαςτεί (β) Σο φωτόνιο να περάςει μζςα από το μόριο (γ) Σο φωτόνιο να απορροφθκεί από το μόριο. Όταν ζνα μόριο απορροφιςει φωτόνιο τότε από τθν κεμελιώδθ κατάςταςθ (κατάςταςθ θρεμίασ) περνά ςτθν κατάςταςθ ιονιςμοφ ι διζγερςθσ. Οι φωτοςυνκετικζσ χρωςτικζσ ουςίεσ περιζχουν μόρια τα οποία απορροφοφν το ορατό φάςμα φωτόσ. Κάκε χρωςτικι ουςία απορροφά ζνα μικρό μζροσ τθσ ορατισ ακτινοβολίασ που αντιςτοιχεί ςε κάποιο από τα χρϊματα του ουράνιου τόξου. Σα υπόλοιπα χρϊματα που δεν απορροφοφνται φτάνουν ςτο μάτι μασ και ςυνκζτουν το χρϊμα που ζχει θ χρωςτικι. Ζτςι, θ χλωροφφλλθ απορροφά τθν κόκκινθ και τθ μπλε ακτινοβολία και αντανακλά τα υπόλοιπα χρϊματα που ςυνκζτουν το πράςινο χρϊμα. Σα πολλά είδθ χρωςτικϊν, που απορροφοφν θ κακεμιά διαφορετικά χρϊματα από το φωσ, εξαςφαλίηουν τθν καλφτερθ δυνατι εκμετάλλευςθ του φωτόσ από το φυτό. Σα πιο γνωςτά είδθ φωτοςυνκετικϊν χρωςτικϊν είναι θ χλωροφφλλθ α, θ χλωροφφλλθ β, οι ξανκόφυλλεσ και τα καρωτινοειδι. Οι ξανκόφυλλεσ και τα καρωτινοειδι ονομάηονται ςυμπλθρωματικζσ χρωςτικζσ ουςίεσ αφου απορροφοφν μικοσ κφματοσ ενδιάμεςα τθσ χλωροφφλλθσ α και β. Μόρια χλϊροφφλλθσ, μόρια ςυμπλθρωματικϊν χρωςτικϊν ουςιϊν και μεταφορείσ θλεκτρονίων μαηί δθμιουργοφν ζνα φωτοςφςτθμα. Σα φωτοςυςτιματα λειτουργοφν ςαν κεραίεσ που μαηί με το κζντρο αντριδράςεων και τον πρωτογενι παράγοντα ελευκερϊνουν ενζργεια.
8 Φωτεινι φάςθ Η χλωροφφλλθ αρ680 που βρίςκεται ςτο φωτοςφςτθμα ΙΙ και θ χλωροφφλλθ αρ700 που βρίςκεται ςτο φωτοςφςτθμα Ι δζχονται φωσ, απορροφοφν φωτόνια, διεγείρονται (ιονίηονται) και αποβάλλουν θλεκτρόνια. Σα θλεκτρόνια που αποβάλλονται μεταφζρονται με τθν βοικεια του πρωτεγενι δζκτθ και του μεταφορζα θλεκτρονίων ςε άλλο φωτοςφςτθμα (μθ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ) ι πίςω ςτο ίδιο φωτοςφςτθμα (κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ). Η φωτεινι φάςθ γίνεται ςτα κυλακοειδι των κοκκίων του χλωροπλάςτθ γιατί μόνο εκεί βρίςκονται οι χρωςτικζσ που ςχθματίηουν τα φωτοςυςτιματα. Πάμε τϊρα να δοφμε τθν κυκλικι και τθν μθ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ. Μθ κυκλικι φωτοςωςφωρυλίωςθ Φανταςτείται οτι το φϊσ κτυπάει ταυτόχρονα και τα δφο φωτοςυςτιματα. Σα φωτοςυςτιματα αυτα απορροφοφν φωτόνια, ιονίηονται και χάνουν δυο θλεκτρόνια. Για να μπορζςει να ξαναγίνει αυτθ θ διαδικαςία τα δφο φωτοςυςτιματα πρζπει να πάρουν πίςω τα θλεκτρόνια που ζχαςαν. Κατα τθν μθ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ τα θλεκτρόνια (e-) που απoβάλλoνται από τθν Ρ680 μεταφζρονται μζςω τθσ αλυςίδασ μεταφοράσ θλεκτρονίων ςτθ χλωροφφλλθ Ρ700 που βρίςκεται ςτο φωτοςφςτθμα Ι. Η πρόςλθψθ των θλεκτρονίων τθσ Ρ680 επαναφζρει τθν Ρ700 ςτθν κεμελιϊδθ (ουδζτερθ) τθσ κατάςταςθ. Κατά τθ μεταφορά των θλεκτρονίων από τθν Ρ680 ςτθν Ρ700 απελευκερϊνεται ενζργεια ςτο ςφμπλοκο κυτταροχρωμάτων που χρθςιμοποιείται ςτθν αντίδραςθ ςφνκεςθσ τθσ ΑΣΡ (χθμειώςμωςθ). Σθν διαδικαςία τθσ χθμειϊςμωςθσ κα τθν δοφμε ςτθν ςυνζχεια. Άρα μζχρι ςτιγμισ το φωτοςφςτθμα Ι επζςτρεψε ςτθν κεμελιϊςθ του κατάςταςθ.για να πάρει πίςω τα θλεκτρόνια που ζχαςε και να επιςτρζψει ςτθν κεμελιϊδθ τθσ κατάςταςθ το φωτοςφςτθμα ΙΙ πρζπει να γίνει θ διαδικαςία τθσ φωτόλυςθσ. Η κετικά φορτιςμζνθ Ρ680 ελκφει θλεκτρόνια από τα γειτονικά τθσ μόρια νεροφ. Σα μόρια του νεροφ διίςτανται ςφμφωνα με τθν πιο κάτω αντίδραςθ:
9 Tα 2e- απορροφόνται από τθν p680 θ οποία επανζρχεται ςτθ κεμελιϊδθ κατάςταςθ. Σο οξυγόνο που παράγεται αποβάλλεται ςτθν ατμόςφαιρα. Σα πρωτόνια H + χρθςιμοποιοφνται για αναγωγι τθσ NADP. Μζχρι ςτιγμισ είδαμε πϊσ τα δφο φωτοςφςτιματα χάνουν από δφο θλεκτρόνια. τθν μθ κυκλικθ φωτοφωςφωρυλίωςθ τα θλεκτρόνια από τθν P680 πανε ςτθν P700 που επιςτρζφει ςτθν κεμελιϊδθ κατάςταςθ. Η P680 παίρνει τα θλεκτρόνια τθσ από τθν φωτόλυςθ του νεροφ και επιςτρζφει και αυτθ ςτθν κεμελιϊδθ κατάςταςθ. Σα θλεκτρόνια όμωσ που απελευκζρωςε θ P700 ποιό ρόλο ζχουν; Σα θλεκτρόνια που απoβάλλoνται από τθν Ρ700 μαηί με τα πρωτόνια που απoβάλλoνται από τθ φωτόλυςθ χρθςιμοποιοφνται ςτθν αντίδραςθ αναγωγισ του NADP +. Η πιο κάτω αντίδραςθ καταλφεται από τθν ΝΑDΡ αναγωγάςθ (ζνηυμο). Σο ρόλο του NADPH κα το δοφμε ςτθ ςυνζχεια. Κυκλικι φωτοςωςφωρυλίωςθ
10 Μπορείται να παρατθριςετε από τθν πιο πάνω εικόνα οτι ςτθν κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ οι διαδικαςίεσ τθσ φωτόλυςθσ του νεροφ, τθσ αναγωγισ του NADP και το φωτοςφςτθμα ΙΙ δεν λαμβάνουν μζροσ. Σο τι ακριβϊσ ςυμμετζχει ςτθν κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ φαίνεται ςτθν πιο κάτω εικόνα Η κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ γίνεται παράλλθλα με τθν μθ κυκλικι. τθν κυκλικι λοιπόν το φωτοςφςτθμα Ι απορροφά φωτόνιο, ιονίηεται και ελευκερϊενει ζνα θλεκτρόνιο. Σο θλεκτρόνιο το παραλαμβάνει ο πρωτογενισ δζκτθσ. Μζςω τθσ Fd το θλεκτόνιο φτάνει ςτο ςφμπλοκο κυτταροχρωμάτων. Εκζι γίνεται θ χθμειϊςμωςθ και θ παραγωγι ATP. Σο θλεκτρόνιο ςτθν ςυνζχεια επιςτρζφει πίςω ςτο φωτοςφςτθμα Ι το οποίο επιςτρζφει ςτθν κεμελιϊδθ κατάςταςθ. Ο λόγοσ που γίνεται θ κυκλικι είναι για περιςςότερθ παραγωγι μορίων τθσ ATP. Η ATP όπωσ προαναφερκικαμε ςε άλλα κεφάλαια είναι θ χθμικι ενζργεια που χρθςιμοποιοφν οι ηωντανοί οργανιςμοί. Διαφορζσ κυκλικισ και μθ κυκλικισ φωτοφωςφωρυλίωςθσ 1. τθν κυκλικι ςυμμετζχει μόνο το φωτοςφτθμα Ι ενϊ ςτθν μθ κυκλικι και τα δφο φωτοςφςτιματα. 2. τθν κυκλικι παράγεται μόνο ΑΣΡ. 3. τθν μθ κυκλικι παράγεται ΑΣΡ, οξυγόνο και NADPH. 4. Η κυκλικι γίνεται ταυτόχρονα με τθν μθ κυκλικι. 5. Η κυκλικι γίνεται για περιςςότερθ παραγωγι ΑΣΡ αφοφ θ ηιτθςθ μορίων ATP είναι περιςςότερθ
11 Αποτελζςματα φωτεινισ φάςθσ 1. Φωςφορυλίςωςθ τθσ ADP ςε ΑΣΡ 2. Αναγωγι τθε ΝΑDP ςε NADPH 3. Παραγωγι και απελευκζρωςθ οξυγόνου Σο οξυγόνο όπωσ ζιπαμε απελευκερϊνετε ςτθν ατμόςφαιρα άρα δεν παραμζνει ςτο φυτό. Η ATP και το NADPH χρθςιμοποιοφνται ςτθν ςκοτεινι φάςθ. Προτοφ όμωσ μιλιςουμε για τθν ςκοτεινι φάςθ κα δοφμε τθν χθμειϊςμωςθ. Χθμειϊςμωςθ Είναι θ διαδικαςία παραγωγισ ΑΣΡ. Η παραγωγι ΑΣΡ γίνεται όταν τα θλεκτρόνια τθσ p680 μεταφζρονται ςτθν p700 ςτθν μθ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ και όταν το θλεκτρόνιο τθσ p700 επιςτρζφουν πίςω ςτο ίδιο φωτοςφςτθμα κατα τθν κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ Και ςτισ δφο φωτοφωςφωρυλίωςεισ είναι απαραίτθτθ θ παρουςία του ζνηφμου ATP ςυνκετάςθ. Σα θλεκτρόνια ςτθν μθ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ διζρχονται μζςω μια αλυςίδασ κυττροχρωμάτων (μεταφορείσ θλεκτρονίων), που βρίςκοντια ςτισ μεμβράνεσ των κυλακοειδϊν. Σα θλεκτρόνια αυτα αποδίδουν τθν ενζργεια τουσ ςε μια αντλία πρωτονίων του ςυμπλόκου κυτταροχρωμάτων θ οποία μεταφζρει πρωτόνια από το ςτρϊμα του χλωροπλάςτθ ςτο εςωτερικό του κυλακοειδουσ. Με αυτό τον τρόπο μαηεφονται πολλά πρωτόνια ςτον εςωτερικό του κυλακοείδι και ζτςι λόγω τθσ κλίςθσ τθσ ςυγκζντρωςθ τα πρωτόνια αναγκάηονται να βγαίνουν ζξω από το εςωτερικό του κυλακοείδι προσ το ςτρϊμα του χλωροπλάςτθ.
12 Κατα τθν ζξοδο περνάνε από τθσ ΑΣP ςυνκετάςθ που βρίςεται ςτισ μεμβράνεσ του κυλακοειδι. Η κίνθςθ αυτθ δίνει ενζργεια ςτθν ΑΣΡ ςυνκετάςθ για να φωςφωρυλιϊςθ τθν ADP ςε ΑΣΡ. Η διαδικαςία αυτθ μοιάηει με τθν διαδικαςία τθσ ϊςωμςθσ γι αυτο και ονομάηεται χθμειωςμωτικι. Η αντίδραςθ που γίνεται φαίνεται πιο κάτω:
13 κοτεινι φάςθ Η ςκοτεινι φάςθ γίνεται το ςτρώμα του χλωροπλάςτθ. Σα προϊόντα που παράγονται ςτθν φωτεινι φάςθ χρθςιμοποιοφνται ςτθν ςκοτεινι εκτόσ από το οξυγόνο. Η ςκοτεινι φάςθ ονομάηεται και κφκλοσ του Calvin. τθν ςκοτεινι φάςθ γίνεται μια ςειρά χθμικϊν αντιδράςεων με ςκοπό τθν παραγωγι γλυκόηθσ. Η διαδικαςία ξεκινά με 6 μόρια διφωςφορικισ ριβουλόηθ (ΔΦΡ). Η ΔΦΡ ενϊνεται με 6 μόρια διοξειδίου του άνκρακα (CO 2 ) με τθν βοικεια του ζνηφμου καρβοξιδιςμουτάςθ και δθμιουργοφν 6 μόρια αςτακι προϊόντων. Η καρβοξοδιςμουτάςθ είναι ζνα ζνηυμο που αποτελεί περίπου το 70% του φφλλου. Σα 6 αςτακι μόρια διαςποφνται και ςχθματίηουν 12 μόρια φωςφογλυκερινικοφ οξζουσ (ΦΓΟ). Σα 12 μόρια ΦΓΟ φωςφωρυλιϊνονται από 12 μόρια ΑΣP και γίνονται 12 μόρια διφωςφογλυκερινικοφ οξζουσ (ΔΦΓΟ). Σα 12 μόρια ΔΦΓΟ αποφωςφωρυλιόνονται με τθν βοικεια 12 μορίων NADPH και γίνονται 12 μόρια φωςφωρογλυκερινοαλδεχδθσ (ΦΓΑΛ). 2 από τα μόρια τθσ ΦΓΑΛ μζςω μια ςειράσ χθμικϊν αντιδράςεων ςχθματίηουν γλυκόηθ και άλλα ςάκχαρα. Σα υπόλοιπα 10 μόρια ςυνεχίηουν ςτθν ςκοτεινι φαςθ και μετατρζπονται ςε 6 μόρια μονοφωςφωρικισ ριβουλόηθσ (ΜΦΡ). Σα 6 μόρια μονοφωςφορικισ ριβουλόηθσ φωςφωρυλιϊνονται με 6 μόρια ΑΣΡ και μετατρζπονται ςε 6 μόρια ΔΦΡ. Ο κφκλοσ μπορεί να επανεκκινιςει.
14 υνολικά χρειάηονται 18 μόρια ΑΣΡ και 12 μόρια NADPH. Αφου τα ΑΣΡ και τα NADPH καταλφςουν τισ αντιδράςεισ τουσ επιςτρζφουν ςτθν φωτεινι φάςθ ωσ ADP και NADP. Εκεί ςτθν φωτεινι φάςθ κα ξαναγίνουν ΑΣΡ και NADPH και κα ξαναεπιςτρζψουν ςτθν ςκοτεινι φάςθ. Οπϊσ παρατθριςατε χρειάηονται περιςςότερα ΑΣΡ παρα NADPH. Αυτοσ είναι και ο λόγοσ που θ κυκλικι φωτοφωςφωρυλίωςθ ςτθν φωτεινι φάςθ παράγει μόνο ΑΣΡ γιατί απαιτϊνται περιςςότερα. Αποτελζςματα ςκοτεινισ φάςθσ 1. Παραγωγι ADP (επιςτρζφει ςτθν φωτεινι φάςθ για να γίνει ATP) 2. Παραγωγι NADP (επιςτρζφει ςτθν φωτεινι φάςθ για να γίνει NADPH) 3. Ανανζωςθ των αποκεμάτων τθσ διφωςφορικισ ριβουλόηθσ 4. Παραγωγι Γλυκόηθσ
15 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.7 ΠΑΡΑΓΟΝΣΕ ΠΟΤ ΕΠΘΡΕΑΗΟΤΝ ΣΟΝ ΡΤΘΜΟ ΣΘ ΦΩΣΟΤΝΘΕΘ Η διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ μπορεί να επιταχυνκεί ι να μειωκεί αναλόγωσ των ςυνκθκϊν που επικρατοφν. Πρεπει επίςθσ να αναφζρουμε οτι το κάκε δζντρο ι φυτο ζχει διαφορετικζσ άριςτεσ ςυνκικεσ. Για παράδειγμα κάποια φυτά ηουν αρκετό καιρό χωρίσ νερό ενϊ κάποια άλλα όχι. Οι κυριότεροι παράγοντεσ που μπορεί να αλλάξουν τον ρυκμό τθσ φωτοςφνκεςθσ είναι: 1. υγκζντρωςθ του CO 2 Η κανονικι ποςότθτα CO 2 ςτθν ατμόςφαιρα είναι περίπου 0.03%. Αν ελλατωκεί μειϊνεται ο ρυκμόσ φωτοςφνκεςθσ. Αν αυξθκεί αυξάνεται ο ρυκμόσ τθσ φωτοςφνκεςθσ. Φυςικά υπάρχει θ μζγιςτθ τιμι όπου ο ρυκμόσ παραμζνει ςτακερόσ ι αρχίηει να μειϊνεται 2. Ζνταςθ του φωτόσ Ο ρυκμόσ τθσ φωτοςφνκεςθσ μεγαλϊνει όςο θ ζνταςθ του φωτόσ πλθςιάηει τθν άριςτθ τιμι. ε αςκενζσ φωσ ο ρυκμόσ ελλατϊνεται μζχρι που μπορεί να μθδενιςτεί 3. Θερμοκραςία Σα ζνηυμα που ςυμμετζχουν ςτθν φωτοςφνκεςθ (καρβοξυδιςμουτάςθ) κζλουν τθν άριςτθ τιμι τουσ. Όςο θ κερμοκραςία πλθςιάηει τθν άριςτθ τιμι ο ρυκμόσ τθσ φωτοςφνκεςθσ αυξάνεται. 4. Ποςότθτα τθσ χλωροφφλλθσ Ο ρυκμόσ μειϊνεται όταν θ χλωροφφλλθ είναι μειωμζνθ. 5. Νερό Η ζλλειψθ νεροφ μειϊνει τον ρυκμό τθσ φωτοςφνκεςθσ 6. Ανόργανα άλατα Άλατα όπωσ το μαγνιςιο, ο ςίδθροσ, το κείο, το μαγγάνιο και ο φωςφόροσ είναι αναγκαία για τθν παραγωγι ουςιϊν που είναι απαραίτθτεσ για τθν φωτοςφνκεςθ. Σο μαγνιςιο για παράδειγμα βρίςκεται ςτο κζντρο τθσ χλωροφφλλθσ και βοθκά ςτθν διζγερςθ 7. Ρφπναςθ Βαρεά μζταλλα μποροφν να αντικαταςτιςουν τα ανόργανα άλατα και να μειωκεί ο ρυκμόσ τθσ φωτοςφνκεςθσ γιατί κα μειωκεί ο ρυκμόσ διζγερςθσ. Βαρεά μζταλλα είναι για παράδειγμα ο χαλκόσ, το νικζλιο, ο ψευδάργυροσ και ο μόλυβδοσ.
16 ΕΝΟΣΘΣΑ 6: ΑΤΣΟΣΡΟΦΙΚΘ ΔΙΑΣΡΟΦΘ 6.8 ΘΜΑΙΑ ΣΘ ΦΩΣΟΤΝΘΕΘ ΓΙΑ ΣΟ ΓΘΙΝΟ ΟΙΚΟΤΣΘΜΑ Η διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ είναι θ πιο ςθμαντικι ςτον πλανιτθ μασ. Κανζνασ, μα κανζνασ δεν κα μποροφςε να επιβιϊςθ εαν δεν γινόταν θ διαδικαςία αυτθ. Πάμε να δοφμε τουσ 3 κυριότερουσ λόγουσ τθσ φωτοςφνκεςθσ. 1. Παραγωγι οργανικϊν ουςιϊν: Η παραγωγι γλυκόηθσ και άλλων ςακχάρων αποτελοφν πθγι τροφισ για όλουσ τουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ ςτον πλανιτθ. Μζςω τθσ τροφικισ αλυςίδασ θ οργανικζσ ουςίεσ παιρνοφν ςε όλουσ τουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ 2. Δεςμευςθ CO 2 : Δεςμεφονται τεράςτιεσ ποςότθτεσ διοξειδίου του άνκρακα και κακαρίηει θ ατμόςφαιρα 3. Παραγωγι οξυγόνου: Σο οξυγόνο είναι αναγκαίο για επιβίωςθ ςτουσ περιςςότερουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ. Για παράγειδμα οι ανκρϊποι δεν μποροφν να επιβιϊςουν χωρίσ οξυγόνο.