Fotosynteza oksygeniczna — biologia rozszerzona, 2 klasa liceum

Budowa aparatu fotosyntetycznego

Chloroplast i barwniki

Proces zachodzi w chloroplastach, które zawierają wyspecjalizowane błony i barwniki absorbujące światło.

• Tylakoidy: błoniaste struktury wewnątrz chloroplastu, miejsce fazy jasnej.
• Chlorofil: główny barwnik pochłaniający światło; występuje jako chlorofil a i b.
• Barwniki pomocnicze: karotenoidy (karoten, ksantofil) poszerzające spektrum światła.

💡 Wskazówka: Barwniki pomocnicze przekazują pochłoniętą energię bezpośrednio na chlorofil a.

Przystosowania liścia do fotosyntezy

Anatomia liścia

Budowa liścia jest idealnie zoptymalizowana pod kątem wychwytywania światła i wymiany gazowej.

• Blaszka liściowa: płaska i cienka, co maksymalizuje powierzchnię pochłaniania światła.
• Skórka z kutykulą: przezroczysta warstwa chroniąca przed nadmierną utratą wody.
• Miękisz asymilacyjny: komórki bogate w chloroplasty, bezpośrednio prowadzące fotosyntezę.

💡 Wskazówka: Grubość kutykuli i zagęszczenie szparek zależą od środowiska życia rośliny.

Faza jasna i fotosystemy

Przebieg fazy jasnej

Faza zależna od światła, zachodząca w błonach tylakoidów, produkująca siłę asymilacyjną ($ATP$ i $NADPH$).

• Fotoliza wody: rozkład $H_2O$ dostarcza protonów, elektronów i wydziela tlen ($O_2$).
• Fotosystem I (PSI): centrum reakcji $P_{700}$, barwnikiem pomocniczym jest karoten.
• Fotosystem II (PSII): centrum reakcji $P_{680}$, barwnikiem pomocniczym jest ksantofil.

💡 Wskazówka: Fosforylacja cykliczna zachodzi, gdy brakuje wody lub $CO_2$ i powstaje wtedy tylko $ATP$.

Cykl Calvina (Faza ciemna)

Etapy fazy ciemnej

Faza niezależna od światła, zachodząca w stromie chloroplastu, gdzie następuje asymilacja $CO_2$.

• Karboksylacja: enzym RuBisCO przyłącza $CO_2$ do akceptora RuBP, tworząc kwas fosfoglicerynowy.
• Redukcja: zużycie siły asymilacyjnej ($ATP$, $NADPH$) do powstania aldehydu fosfoglicerynowego (PGAL).
• Regeneracja: odtworzenie akceptora RuBP z części powstałych cząsteczek trójwęglowych.

Beispiel: 3 cząsteczki $CO_2$ dają 1 cząsteczkę PGAL (pierwotny produkt), z którego powstaje glukoza.

💡 Wskazówka: RuBisCO działa też jako oksygenaza, wywołując niekorzystne fotooddychanie przy braku $CO_2$.

Fotosynteza C4 i czynniki wpływu

Fotosynteza typu C4

Przystosowanie roślin tropikalnych (np. kukurydza, sorgo) do gorącego klimatu i oszczędzania wody.

• Asymilacja w nocy: aparaty szparkowe otwierają się nocą, zapobiegając utracie wody.
• Akceptor PEP: pierwszym akceptorem $CO_2$ jest PEP, a produktem szczawiooctan.
• Czynniki zewnętrzne: natężenie światła, stężenie $CO_2$, temperatura i dostępność wody.

💡 Wskazówka: Rośliny C4 dzięki dwustopniowemu wiązaniu $CO_2$ mają znacznie wyższą wydajność fotosyntezy.

Fotosynteza CAM i fotooddychanie

Sucholubne rośliny CAM i fotooddychanie

Strategia przetrwania roślin pustynnych (sukulenty) oraz problem fotooddychania u roślin C3.

• Cykl CAM: $CO_2$ pobierany w nocy jest magazynowany w wakuoli jako jabłczan i zużywany w dzień.
• Fotooddychanie: zachodzi u roślin C3 w wysokiej temperaturze; RuBisCO przyłącza $O_2$ zamiast $CO_2$.
• Skutek fotooddychania: drastyczny spadek wydajności fotosyntezy i stratność węgla.

💡 Wskazówka: Sukulenty CAM ekstremalnie oszczędzają wodę, ale rosną bardzo powoli.