ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗlyk-ag-antonios-lem.schools.ac.cy/data/uploads/biology/... · 2020. 3....

ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ

Αυτότροφοι και Ετερότροφοι

Οργανισμοί

Πως διατηρείται η ζωή στον πλανήτη

μας;

o Εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια η ζωή

στηρίζεται στην ενέργεια του Ήλιου

o Ένα μικρό μέρος της φωτεινής

ενέργειας που φθάνει στη Γη δεσμεύεται

από τους φωτοσυνθέτοντες

οργανισμούς και μετατρέπεται σε

χήμική.

Φωτοσύνθεση

Είναι η σημαντικότερη μεταβολική διεργασία που

γίνεται στη βιόσφαιρα

o Ποιοι οργανισμοί είναι ικανοί να δεσμεύουν ηλιακή

ενέργεια;

Φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται από τους

φωτοσυνθετικούς οργανισμούς

Με τη βοήθεια φωτοσυνθετικών χρωστικών

Μετατρέπεται σε χημική ενέργεια

Αποθηκεύεται σε οργανικά μόρια

Φωτοσύνθεση

Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ανόργανες ενώσεις όπως το CO₂ και το H₂O

Με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας μετατρέπουν τα ανόργανα μόρια σε οργανικά. Π.χ. Γλυκόζη, που χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την σύνθεση άλλων οργανικών ουσιών

Στους δεσμούς των οργανικών μορίων περικλείεται η ενέργεια

ηλιακή→χημική

Με την διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής η ενέργεια αυτή ελευθερώνεται και χρησιμοποιείται για τις διάφορες λειτουργίες των οργανισμών

Φωτοσύνθεση

Αποτελεί την κύρια πηγή ενέργειας για όλους

τους οργανισμούς

Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί παράγουν

προϊόντα που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος για να

εξασφαλίσει ενέργεια.

Ξύλο, γαιάνθρακες, φυσικό αέριο, πετρέλαιο

Κλειδί στην εξάλειψη της έλειψης τροφής

→ τα φυτά

Αύξηση στην απόδοση καλλιεργήσιμων φυτών

Κατηγορίες οργανισμών με

βάση τη διατροφή τους

Οργανισμοί

Αυτότροφοι Ετερότροφοι

Οργανισμοί

Αυτότροφοι

Οι οργανισμοί που

παράγουν μόνοι τους τις

οργανικές τους ουσίες

Χρησιμοποιούν ως

πρώτη ύλη το προϊόν της

φωτοσύνθεσης

Χαρακτηρίζονται και ως

ΠΑΡΑΓΩΓΟΙ

Ετερότροφοι

Δεν συνθέτουν μόνοι τους οργανικές ενώσεις

Προμηθεύονται έτοιμες από το περιβάλλον

Χαρακτηρίζονται ως ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΕΣ αφού εξασφαλίζουν την τροφή τους «καταναλώνοντας» άλλους οργανισμούς

Αυτότροφοι- Ετερότροφοι

Αυτότροφοι

Φωτοσυνθέτοντες οργανισμοί

Ευκαρυωτικοί: Φυτά και φύκη

Προκαρυωτικοί: Κάποια

Βακτήρια και κυανοφύκη

(Κυανοβακτήρια)

Προϋπόθεση: Διαθέτουν

φωτοσυνθετικές χρωστικές

Μετατρέπουν ανόργανα μόρια

σε οργανικά

Ετερότροφοι Καταναλωτές και

αποικοδομητές

Ευκαρυωτικοί: Ζώα, Μύκητες, Πρωτόζωα

Προκαρυωτικοί: Πλείστα βακτήρια

Δεν διαθέτουν φωτοσυνθετικές χρωστικές

Δεν μετατρέπουν ανόργανα μόρια σε οργανικά

Σημασία της φωτοσύνθεσης

Όλοι οι οργανισμοί εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τη

φωτοσύνθεση

Οι οργανικές ουσίες που παράγονται από τους

φωτοσυνθετικούς οργανισμούς είναι πηγή θρεπτικών

ουσιών για τους φυτοφάγους (άμεσα) και για τους

σαρκοφάγους (έμμεσα)

Οι νεκροί οργανισμοί, απεκκρίματα και τμήματα φυτών

διασπώνται από τους ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΤΕΣ (Βακτήρια,

μύκητες) μετατρέπονται σε ανόργανες ουσίες

Τα προϊόντα της αποικοδόμησης χρησιμοποιούνται

ξανά από φυτά και άλλους φωτοσυνθετικόύς

οργανισμούς

Σημασία της φωτοσύνθεσης

Το φύλλο ως όργανο

φωτοσύνθεσης των φυτών

Η φωτοσύνθεση γίνεται στα πράσινα μέρη των φυτών.

Φύλλα και βλαστός

Η δομή του φύλλου είναι προσαρμοσμένη για τη λειτουργία

της φωτοσύνθεσης

Μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας- Δεσμεύει μεγάλες ποσότητες

φωτεινής ενέργειας

Περιέχει στόματα- Είσοδος CO₂, έξοδος O₂ και διαδικασία διαπνοής

Είναι λεπτό- Διευκολύνει τη διαδικασία της διάχυσης των

αερίων

Περιέχει πάρα πολλούς χλωροπλάστες

Το φύλλο ως όργανο

φωτοσύνθεσης των φυτών

Στόματα

Κίνηση των πρώτων υλών

Το CO₂ εισέρχεται από τα στόματα και με διάχυση φθάνει στους χλωροπλάστες.

Το νερό εισέρχεται από τις ρίζες και μέσων των αγγείων φτάνει στα φύλλα.

Μαζί με το νερό μεταφέρονται και διάφορα ιόντα για την σύνθεση πρωτεϊνών κλπ.

Το O₂ που παράγεται εξέρχεται από τα στόματα στην ατμόσφαιρα

Η άντληση του H₂O και η ροη του διευκολύνεται με την διαπνοή.

Με το άνοιγμα/ κλείσιμο των στομάτων γίνεται έλεγχος στον ρυθμό εξάτμισης του H₂O

Δομή χλωροπλάστη

Δομή και λειτουργία

χλωροφύλλης

Δομή και λειτουργία της

χλωροφύλλης

Δομή και λειτουργία της

χλωροφύλλης

Ορατό φως

Το ορατό φως αποτελεί ένα μικρό φάσμα της

ηλιακής ακτινοβολίας

Φωτοσυνθετικές χρωστικές

Η φωτεινή ακτινοβολία δεσμεύεται από τις

φωτοσυνθετικές χρωστικές

Οι χρωστικές βρίσκονται στα grana (κοκκία) των

χλωροπλαστών

Δύο κατηγορίες:

1. Χλωροφύλλες

2. Καροτενοειδή

Φωτοσυνθετικές Χρωστικές

Χλωροφύλλες Συνήθεις κατηγορίες:

Χλωροφύλλη α και β

Χλωροφύλλη α βρίσκεται σε όλους τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς εκτός φωτοσυνθετικών βακτηρίων

Απορροφούν κυρίως την μπλε και ερυθρή ακτινοβολία

Ανακλούν την πράσινη, για αυτο τα φυτά έχουν πράσινο χρώμα

Καροτενοειδή

Απορροφούν μπλε

ακτινοβολία

Χρωστικές και απορρόφηση

ακτινοβολίας

Διέγερση και ιονισμός

ηλεκτρονίων

Όταν το ηλεκτρόνιο δεχθεί μεγάλη ποσότητα

ενέργειας τότε φεύγει εντελώς από την έλξη του

πυρήνα και απομακρύνεται από το άτομο στο οποίο

άνηκε.

Φάσμα απορρόφησης

χρωστικών

Φάσμα απορρόφησης

χλωροφύλλης α και β

Γιατί το φθινόπωρο υπάρχει

ποικιλία χρωμάτων;

Γιατί το φθινόπωρο υπάρχει

ποικιλία χρωμάτων;

Οι χλωροφύλλες στα φυλλοβόλα δέντρα

αποικοδομούνται

Δεν ξανασχηματίζονται

Εμφανίζονται άλλες χρωστικές, όπως τα

καροτενοειδή

Ανακλούνται ακτινοβολίες διαφορετικού μήκου

κύματος

Εμφανίζεται μεγάλη ποικιλία χρωμάτων

Για ποιο λόγο τα φυτά

περιέχουν μεγάλη ποικιλία

χρωστικών;

o Οι φωτοσυνθετικοί

οργανισμοί μπορούν να

αξιοποιούν μεγαλύτερο

φάσμα ορατού φωτός

o Εξασφαλίζεται περισσότερη

ενέργεια για τη

φωτοσύνθεση

Η τύχη της ακτινοβολίας

Πορεία της φωτοσύνθεσης

Φωτοσύνθεση

Φωτεινή Φάση Σκοτεινή Φάση

Πορεία της φωτοσύνθεσης

Πορεία της φωτοσύνθεσης

Φωτεινή Φάση

Εξαρτάται από την

παρουσία φωτός

Γίνεται στα grana των

χλωροπλαστών

Σύνθεση ATP και

δημιουργία υδρογόνου

(H+ + e-)

Σκοτεινή Φάση

Δεν εξαρτάται από την

παρουσία φωτός

Γίνεται στο στρώμα του

χλωροπλάστη

Χρησιμοποιεί τα προϊόντα

της φωτεινής φάσης ATP

και υδρογόνου

Μετατροπή του CO₂ σε

γλυκόζη

Φωτεινή Φάση

Τα μόρια της χλωροφύλλης δεσμεύουν φωτεινή

ενέργεια, διεγείρονται (ηλεκτρόνια αλλάζουν

στιβάδα) και αποδιεγείρονται.

Η ενέργεια μεταφέρεται σε άλλα μόρια

προκαλώντας τον ιονισμό τους (απώλεια

ηλεκτρονίων)

Η ενέργεια από τις διαδικασίες αυτές ( και ενέργεια

από άλλες πηγές)προκαλούν:

Φωτόλυση νερού: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2

Σχηματισμό ATP από ADP + Pi

Φωτεινή Φάση

Ποια η τύχη των προϊόντων της φωτεινής

φάσης;

To O2 που παράγεται κάτα τη φωτόλυση

ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα

Τα H+ δεσμέυονται απο το συνένζυμο NADP

το οποίο μετατρέπεται σε NADPH

Τα ATP και NADPH χρησιμοποιούνται στην

σκοτεινή φάση για παραγωγή των τελικών

προϊόντων

Σκοτεινή Φάση

Κατά την σκοτεινή φάση το πρώτο βήμα είναι η

δέσμεση του CO2 από μια πεντόζη

Ακολουθεί μια σειρά αντιδράσεων, με την βοήθεια

των ATP και NADPH (φωτεινή φάση) παράγεται

γλυκόζη (μετατρέπεται σε άμυλο) και άλλες ουσίες

Στα προϊόντα της σκοτεινής φάσης

συμπεριλαμβάνεται και το νερό

Γενική εξίσωση φωτοσύνθεσης:

6CΟ2 + 12Η2Ο → C6Η12Ο6 + 6O2 + 6Η2Ο

Η γλυκόζη:

Αποθηκεύεται με τη μορφή αμύλου

στους αμυλοπλάστες για να

χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας και

πρώτη ύλη για άλλες οργανικές ουσίες

Βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα ή ειδικά

αποταμιευτικά μέρη των φυτών-

κόνδυλοι πατάτας

Προέλευση O2 που ελευθερώνεται

στην ατμόσφαιρα

Οι Ruben και Kamen, απέδειξαν ότι O2 το

που ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα

προέρχεται από το Η2Ο και όχι από το CΟ2

Τοποθέτησαν Χλωρέλλα σε νερό με 18Ο2.

Το οξυγόνο που ελευθυρωνόταν ήταν το 18Ο

Παράγοντες που επηρεάζουν την

απόδοση της φωτοσύνθεσης

Ο ρυθμός ανάπτυξης φυτών κατά τη

διάρκεια του χρόνου δεν είναι ο ίδιος

Η απόδοση της φωτοσύνθεσης

μεταβάλεται

Συνεπώς επηρεάζεται από παράγοντες

που δεν μένουν σταθεροί κατά τη

διάρκεια του χρόνου

Οι κυριότεροι παράγοντες είναι:

Παράγοντες που επηρεάζουν την

απόδοση της φωτοσύνθεσης

Θερμοκρασία

Φως

Διοξείδιο του άνθρακα

Νερό

Ανόργανα Άλατα

Θερμοκρασία

Η θερμοκρασία επηρεάζει

την δράση των ενζύμων

Σε υψηλή και σταθερή

ένταση φωτός με την

αύξηση της θερμοκρασίας

αυξάνεται και η απόδοση

της φωτοσύνθεσης

Όταν η θερμοκρασία περάσει τους 30 ⁰C τα

ένζυμα καταστρέφονται και

η απόδοση μειώνεται

Φως

Σε 20 ⁰C και κανονική

συγκέντρωση CΟ2

(0,03%/όγκο)

Η απόδοση της

φωτοσύνθεσης αυξάνεται

όσο αυξάνεται και η ένταση

του φωτός

Πέρα ενός σημείου, η

απόδοση παραμένει

σταθερή

CΟ2

Η απόδοση της φωτοσύνθεσης εξαρτάται και από τη [CΟ2]

Σε υψηλή ένταση φωτός, σταθερή θερμοκρασία η απόδοση της φωτοσύνθεσης αυξάνεται με την αύξηση της [CΟ2] μέχρι ενός σημείου.

Πέραν του σημείου αυτού η απόδοση παραμένει σταθερή

Νερό

Η μείωση της απόδοσης σε συνθήκες

ξηρασίας, δεν οφείλεται μόνο στην

έλλειψη νερού

Το φυτό κλείνει τα στόματα

εμποδίζοντας την απώλεια νερού, μέσω

διαπνοής

Ως αποτέλεσμα κλείνει την είσοδο του

CΟ2 απαραίτητο για τη σύνθεση

υδατανθράκων

Ανόργανα Άλατα

Τα φυτά εκτός του CΟ2 και του νερού

χρειάζονται και άλλα στοιχεία

Απαραίτητο για την σύνθεση της

χλωροφύλλης είναι το Mg και το N

Έλλειψη τους οδηγεί στη χλώρωση

(κίτρινα φύλλα)

Μειώνεται η απόδοση της

φωτοσύνθεσης

Το πείραμα του Engelmann

https://youtu.be/Rt37Hyn4Qv4

Φωτοσύνθεση και Προκαρυωτικοί

οργανισμοί

Τα βακτήρια χρησιμοποιούν άλλη κατηγορία

χρωστικών τις βακτηριοχλωροφύλλες

Η διαδικασία είναι πιο απλή από εκείνη των

ανώτερων οργανισμών

Γίνεται χρήση υδρόθειου αντί νερού

Γενική αντίδραση:

6CO2 + 12H2S C6H12O6 + 12S + 6H2O

Φωτοσύνθεση και διατήρηση

ζωής στον πλανήτη

Συντηρεί τη ζωή στο γήινο

οικοσύστημα

Δεσμεύονται τεράστιες ποσότητες

CO2

Εμπλουτίζεται η ατμόσφαιρα και η

υδρόσφαιρα με οξυγόνο