crop physiology photosynthesis...Γενική εξίσωση φωτοσύνθεσης co2+ h2o...
Post on 21-Jan-2021
14 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Φωτοσύνθεση
Μήκος κύµατος, nm
Γενική εξίσωση φωτοσύνθεσης
CO2 + H2O [CH2O] + O2
Φωτοσύνθεση (φως)
Αναπνοή (φως & σκότος)
6CO2 + 12H2O [CH2O]6 + 6O2 + 6H2O
Φωτοσύνθεση (φως)
Αναπνοή (φως & σκότος)
ή
9-10 φωτόνια απαιτούνται για τη αντίδραση
400 – 700 nm
Φωτοσυνθετικά Ενεργός Ακτινοβολία
PAR
(photosynthetically active radiation)
Φωτοσυνθετικές Χρωστικές
(Βοηθητικές και Κύριες)
C55H72MgN4O5
MB = 893.5
C55H70MgN4O6
MB = 907.5
Χλωροφύλλη α
Χλωροφύλλη β
COH
Μόριο χλωροφυλλών
� 4 πυρρολικοί δακτύλιοι
� 5 πενταγωνικοί δακτύλιοι
� 1 άτομο Mg
� 1 άτομο προπιονικού οξέος
� 1 φυτόλη
Βοηθητικές χρωστικές
� Συμμετοχή στη φωτοσύνθεση
� Προστασία χλωροφύλλης από O2 και ↑hv
Καροτενοειδή
Καροτενοειδή (ΌΧΙ καροτινοειδή)Καροτένιο (ΌΧΙ καροτίνιο)
α-καροτένιο
β-καροτένιο
λουτεΐνη
ζεαξανθίνη
ΣΥΖΥΓΕΙΣ ΔΕΣΜΟΙconjugated bonds
Απορρόφηση φωτονίων (διέργερση)
από τις χρωστικές
� Ηλεκτρονική δομή
� Μεγάλο αριθμό συζυγών διπλών δεσμών (10)
Αποδιέγερση χρωστικών
� Μεταφορά ενεργειακού παλμού
� Μεταφορά ηλεκτρονίου (ενεργό κέντρο)
� Έκλυση θερμότητας
� Φθορισμός (εκπομπή φωτονίου)
Οργάνωση φωτοσυνθετικών χρωστικών
Φωτοσυλλεκτική κεραία
(LCH, light harvesting complex)
� Ενεργό κέντρο = χλωροφύλλη α
� Χρωστικές κεραίας = χλωροφύλλη β, καροτενοειδή (200-
300 μόρια χλωροφυλλών, 50-60 μόρια καροτενοειδών)
Φωτοσυνθετικές χρωστικές
Φωτοσυλλεκτική κεραία
(LCH, light harvesting complex)
� Κύριες (αποδιεγείρονται με μεταφορά e-) = χλωροφύλλη α
� Βοηθητικές (αποδιεγείρονται με μεταφορά παλμού) =
χλωροφύλλη β, καροτενοειδή
Φωτοσύστημα ΙΙ
� 200 μόρια χλωροφύλλης
� 50 μόρια καροτενοϊδών
�D1 protein
� 2 cytb
� 4 PQ
� 6 Mg2+
� Cl-
Φωτοσύστημα ΙΙ
� Απορρόφηση φωτός από χλωροφύλλες
� Μεταφορά ενέργειας στο P680
� Διέγερση του P680 και αποβολή e-
� Φωτόλυση νερού και απελευθέρωση e-
� Μεταφορά e- μέσω πρωτεϊνης D1
� Μεταφορά e- από D1 σε PQ και PC
� Συσσώρευση Η+ σε ενδοθυλακικό χώρο
Φωτοσύστημα Ι
� 200 μόρια χλωροφύλλης
� 50 μόρια καροτενοϊδών
� 1 cytf
� 2 cytb
� 1 PC
� μόρια φερεδοξίνης
� Αναγωγάση φερεδοξίνης
Φωτοσύστημα Ι
� Απορρόφηση φωτός από χλωροφύλλες
� Μεταφορά ενέργειας στο P700
� Διέγερση του P700 και αποβολή e-
� Δέσμευση e- από fd που συνδέονται ισχυρά στις
μεμβράνες των θυλακοειδών
� Μεταφορά e- σε φερρεδοξίνες ελεύθερες στο στρώμα
του χλωροπλάστη
� Μεταφορά e- από τη fd στο NADP+ μέσω της
fd-NADP-αναγωγάσης
NADP+ = νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο
Φωτοφωσφορυλίωση
Αντίδραση σύνθεσης ATP από ADP και Pi κατά τη ροή
ηλεκτρονίων στη μεμβράνη των θυλακοειδών
� Μη κυκλική (συμμετοχή των 2 PH)
� Κυκλική (συμμετοχή μόνο του PH I)
Αντιδράσεις ενσωµάτωσης του
άνθρακα στην οργανική ύλη
(στρώµα χλωροπλάστη)
Καρβοξυλάση της διφωσφορικής ριβουλόζης (Rubis-CO)
Καρβοξυλάση της διφωσφορικής ριβουλόζης (Rubis-CO)
� 8 πολυπεπτιδικές αλυσίδες µεγάλου Μ.Β.
(ενεργά κέντρα)
� 8 πολυπεπτιδικές αλυσίδες µικρού Μ.Β.
(αλλοστερικά κέντρα)
� 8 πολυπεπτιδικές αλυσίδες µεγάλου Μ.Β.
(ενεργά κέντρα)
� 8 πολυπεπτιδικές αλυσίδες µικρού Μ.Β.
(αλλοστερικά κέντρα)
Παράγοντες που επηρεάζουν τη δράση της Rubis-CO
Παράγοντες που επηρεάζουν τη δράση της Rubis-CO
� φως
� παρουσία CO2
� παρουσία ριβουλόζης
� συγκέντρωση ιόντων Mg
� συγκέντρωση πρωτονίων
(στρώµα)
� φως
� παρουσία CO2
� παρουσία ριβουλόζης
� συγκέντρωση ιόντων Mg
� συγκέντρωση πρωτονίων
(στρώµα)
∆ράση της (Rubis-CO) στα C3 φυτά∆ράση της (Rubis-CO) στα C3 φυτά
Rubis-CORubis-CO
Καρβοξυλιωτική δράση:οξυγονωτική δράση = 4:1Καρβοξυλιωτική δράση:οξυγονωτική δράση = 4:1
1,5-δι-P-ριβουλόζη1,5-δι-P-ριβουλόζη
Φωσφογλυκερικό
οξύ
Φωσφογλυκερικό
οξύ
Φωσφογλυκερικό
οξύ
+
Φωσφογλυκερικό
οξύ
+
Φωσφογλυκολικό
οξύ
Φωσφογλυκολικό
οξύ
Rubis-CORubis-COO2O2
CO2
+H2O
CO2
+H2O
ΦωτοαναπνοήΦωτοαναπνοή ΦωτοσύνθεσηΦωτοσύνθεση
Γλυοξυλικό οξύΓλυοξυλικό οξύ ΓλυκίνηΓλυκίνη ΣερίνηΣερίνη
CO2CO2
(P~OCH2CHOHCOO-)(P~OCH2CHOHCOO-)
Κύκλος Calvin – Benson Κύκλος Calvin – Benson
3 Ριβουλόζη-1,5-P 3 Ριβουλόζη-1,5-P
6 Φωσφογλυκερικό οξύ6 Φωσφογλυκερικό οξύ
6 ∆ιφωσφογλυκερικό οξύ6 ∆ιφωσφογλυκερικό οξύ
6 Φωσφογλυκεραλδεϋδη 6 Φωσφογλυκεραλδεϋδη 5 Φωσφογλυκεραλδεϋδη 5 Φωσφογλυκεραλδεϋδη
Αντιδράσεις
αναγέννησης
ριβουλόζης
Αντιδράσεις
αναγέννησης
ριβουλόζης
3 Ριβουλόζη-5-P3 Ριβουλόζη-5-P
3 CO23 CO2 Rubis-CO Rubis-CO
6 ATP 6 ATP 6ADP 6ADP
6 NADPH+H 6 NADPH+H 6NADP+Pi 6NADP+Pi
Φωσφοριβουλο
κινάση
Φωσφοριβουλο
κινάση
3 ATP 3 ATP
3 ADP 3 ADP
Πυροσταφυλικό οξύ(Κύκλος Krebs)
Πυροσταφυλικό οξύ(Κύκλος Krebs)
ΣακχαρόζηΣακχαρόζη
Σύνθεση αµύλου και σακχαρόζηςΣύνθεση αµύλου και σακχαρόζης
� ∆ισακχαρίτης σακχαρόζη (γλυκόζη & φρουκτόζη)
� Άµυλο (πολυµερές γλυκόζης)
� ∆ισακχαρίτης σακχαρόζη (γλυκόζη & φρουκτόζη)
� Άµυλο (πολυµερές γλυκόζης)
Ένζυµα που φωτοενεργοποιούνται στη φωτοσύνθεση
Ένζυµα που φωτοενεργοποιούνται στη φωτοσύνθεση
� καρβοξυλάση δι-P-ριβουλόζης
� αφυδρογονάση 3-P-γλυκεραλδεϋδης
� διφωσφατάση 1,6-δι-P-φρουκτόζης
� διφωσφατάση ριβουλόζης
� φωσφοριβουλοκινάση
� καρβοξυλάση δι-P-ριβουλόζης
� αφυδρογονάση 3-P-γλυκεραλδεϋδης
� διφωσφατάση 1,6-δι-P-φρουκτόζης
� διφωσφατάση ριβουλόζης
� φωσφοριβουλοκινάση
Αναγωγή δισουλφικών γεφυρών Αναγωγή δισουλφικών γεφυρών
CO2CO2
Κύκλος CalvinΚύκλος Calvin
CO2CO2
ΦωτοαναπνοήΦωτοαναπνοή
ΦωτοσύνθεσηΦωτοσύνθεση
ATP ATP
ADP ADP
Κατανάλωση ATPΚατανάλωση ATP
3-P-γλυκεραλδεϋδη
5-P-ριβουλόζη
NADPH NADPH
NADP NADP
ATPATP
Φωσφογλυκερικό οξύ (3 C)
Rubis-CORubis-CO
+H2O+H2O
1,5-δι-P-ριβουλόζη
ADPADP
Κατανάλωση ATPΚατανάλωση ATP
O2O2
Φωσφογλυκερικό οξύ (3 C) +
Γλυοξυλικό οξύ
ΓλυκίνηΓλυκίνη
ΣερίνηΣερίνη
Απώλεια ενός ατόµου C
Απώλεια ενός ατόµου C
Φωσφογλυκολικό οξύ
Rubis-CORubis-CO
∆ράση της (Rubis-CO) στα C3 φυτά∆ράση της (Rubis-CO) στα C3 φυτά
PEP-καρβοξυλάσηPEP-καρβοξυλάση
CO2CO2
Κύκλος CalvinΚύκλος Calvin
CO2CO2
Κύτταρα στεφάνηςΚύτταρα στεφάνης
Κύτταρα µεσόφυλλουΚύτταρα µεσόφυλλου
ATP
ADP
Υψηλή συγκέντρωση Υψηλή συγκέντρωση
Κατανάλωση ATP
Φωσφοενολο-πυροσταφυλικό οξύ
(PEP)
Μηλικό οξύ ή Ασπαρτικό οξύ
Οξαλοξικό οξύ (4 C)
Πυροσταφυλικό οξύ
NADPH
NADP
PP
+ P
ΚύκλοςHatch &
Slack
ΚύκλοςHatch &
Slack
∆ράση της πυρουβικής καρβοξυλάσης (PEP-καρβοξυλάση) στα C4 φυτά
∆ράση της πυρουβικής καρβοξυλάσης (PEP-καρβοξυλάση) στα C4 φυτά
∆ράση της πυρουβικής καρβοξυλάσης(PEP-καρβοξυλάση) στα C4 φυτά
∆ράση της πυρουβικής καρβοξυλάσης(PEP-καρβοξυλάση) στα C4 φυτά
Οξαλοξικό οξύΟξαλοξικό οξύ
Μηλικό οξύ ή
Ασπαρτικό οξύ
Μηλικό οξύ ή
Ασπαρτικό οξύ
PEP-καρβοξυλάσηPEP-καρβοξυλάσηCO2CO2
Φωσφοενολο-
πυροσταφυλικό οξύ
Φωσφοενολο-
πυροσταφυλικό οξύ Πυροσταφυλικό οξύΠυροσταφυλικό οξύ
Κύκλος
Calvin
Κύκλος
Calvin
CO2CO2
Κύτταρα στεφάνηςΚύτταρα στεφάνηςΚύτταρα µεσόφυλλουΚύτταρα µεσόφυλλου
(-OOCCH2COCOO-)(-OOCCH2COCOO-)
Κύκλος
Hatch & Slack
Κύκλος
Hatch & Slack
ATP ATP
ADP ADP
Υψηλή
συγκέντρωση
Υψηλή
συγκέντρωση
∆ιαφορές C3 και C4 φυτών∆ιαφορές C3 και C4 φυτών
� χλωροπλάστες σε
κύτταρα στεφάνης
� ένζυµα
� φωτοαναπνοή
� κατανάλωση ATP/
1 µόριο γλυκόζης
� χλωροπλάστες σε
κύτταρα στεφάνης
� ένζυµα
� φωτοαναπνοή
� κατανάλωση ATP/
1 µόριο γλυκόζης
όχι
Rubis-CO
µεγάλη
18 µόρια
όχι
Rubis-CO
µεγάλη
18 µόρια
ναι
PEP-καρβοξυλάση
+ Rubis-CO
µικρή
30 µόρια
ναι
PEP-καρβοξυλάση
+ Rubis-CO
µικρή
30 µόρια
C3C3 C4C4
Σκιόφιλα είδη
� Χαμηλός ρυθμός αναπνοής
� Λεπτότερο σπογγώδες παρέγχυμα
� Λεπτότερο δρυφακτοειδές παρέγχυμα
� Μεγάλοι μεσοκυττάριοι χώροι
� Αυξημένη περιεκτικότητα σε PSII
Μηχανισμοί προσαρμογής
Μικρή κατανάλωση ενέργειας
Μηχανισμοί προστασίας σε υψηλή
ένταση φωτός
� Διευθέτηση φύλλων
� Πάχος εφυμενίδας
� Εκπομπή θερμότητας μέσω ζεαξανθίνης
� Αποδόμηση ελεύθερων ριζών μέσω υπεροξειδικής
δισμουτάσης
� Καταστροφή και αναγένηση της πρωτείνης D-1
Επίδραση κλιµατικών αλλαγών στη φωτοσυνθετική ικανότητα των φυτώνΕπίδραση κλιµατικών αλλαγών στη φωτοσυνθετική ικανότητα των φυτών
� θερµοκρασία
� υγρασία
� αλατότητα
� συγκέντρωση CO2
� όζον στρατόσφαιρας (ακτινοβολία)
� θερµοκρασία
� υγρασία
� αλατότητα
� συγκέντρωση CO2
� όζον στρατόσφαιρας (ακτινοβολία)
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αξιοποίηση περιορισµένης υγρασίαςΦωτοσυνθετικός µηχανισµός και
αξιοποίηση περιορισµένης υγρασίας
� απώλεια νερού µέσω διαπνοής
� ρύθµιση ανοίγµατος στοµατίων
� C4 φυτά > C3 φυτά
� απώλεια νερού µέσω διαπνοής
� ρύθµιση ανοίγµατος στοµατίων
� C4 φυτά > C3 φυτά
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση αλατούχων εδαφών
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση αλατούχων εδαφών
� περιορισµός διαθέσιµου νερού
� C4 φυτά > C3 φυτά
� περιορισµός διαθέσιµου νερού
� C4 φυτά > C3 φυτά
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση θερµοκρασίας
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση θερµοκρασίας
� επιµήκυνση περιόδου αύξησης
� αύξηση ρυθµού φωτοαναπνοής
� C4 φυτά > C3 φυτά
� επιµήκυνση περιόδου αύξησης
� αύξηση ρυθµού φωτοαναπνοής
� C4 φυτά > C3 φυτά
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση συγκέντρωσης CO2
Φωτοσυνθετικός µηχανισµός και αύξηση συγκέντρωσης CO2
� µείωση ρυθµού φωτοαναπνοής
� C3 φυτά > C4 φυτά
� µείωση ρυθµού φωτοαναπνοής
� C3 φυτά > C4 φυτά
top related