Fotosinteza

Question 1

Koja je glavna svrha fotosinteze, a koja poželjna nuspojava?

Answer 1

Ugradnja CO2 u organske spojeve uz energiju sunca. Poželjna nuspojava je oslobađanje kisika.

Question 2

Opiši strukturu staničnog odjeljka u kojem se odvija fotosinteza.

Answer 2

Radi se o kloroplastima. Oni imaju dvostruku ,,vanjsku membranu” te se unutrašnji prostor naziva stroma. U stromi se uočavaju i unutrašnja struktura membrana nazvana tilakoidi. Tilakoidna membrana odjeljuje lumen od strome.

Question 3

Navedi na koji način biljke ,,love” energiju sunca.

Answer 3

Biljke imaju brojne pigmente koji zbog polienske strukture imaju apsorpcijski spektar koji se poklapa s emisijskim spektrom sunca. Takvi pigmenti su klorofil a i b, beta-karoten, likopen, lutein itd.

Question 4

Pigmenti i klorofili hvataju svjetlost, no ovisno o njihovom mjestu u kloroplastu imaju različitu ulogu. Koje su to dvije uloge?

Answer 4

Mogu se nalaziti u kompleksu za prikupljanje svjetlosti (LHC) koji se pobuđuje energijom sunca, no takvu energiju samo prenosi do fotokemijskog reakcijskog centra gdje se nalazi specijalni par klorofila koji sunčevu energiju pretvara u kemijsku.

Question 5

Ukratko opiši tijek prijenosa elektrona u fotosustavu II.

Answer 5

Specijalni par klorofila pobudi se fotonom valne duljine 670 nm te predaje elektron feofitinu koji zatim predaje elektron plastokinonu A koji je čvrsto vezan za fotosustav II, a kao konačni akceptor dva elektrona nalazi se plastokinon B koji može disocirati s PSII jer je slabo vezan. Predane elektrone specijalni par klorofila nadoknađuje iz molekula vode koje svoje elektrone predaju manganskom centru (Mn, Ca i O) pa se preko bočnog ogranka Tyr (nastaje tirozinski radikal) specijalni par klorofila vraća u osnovno, neutralno stanje.

Question 6

Zašto je evolucijski baš mangan odabran za prijenos elektrona s vode na specijalni par klorofila?

Answer 6

Mangan se kao metal prve prijelazne serije može nalaziti u najviše oksidacijskih stanja.

Question 7

Koja je daljnja sudbina elektrona koje prenosi plastokinol B?

Answer 7

Plastokinol B predaje elektrone plastocijaninu koji je mali topljivi protein u kompleksu citokroma bf. Plastocijanin zatim dolazi do PSI gdje ide daljnji tijek fotosinteze.

Question 8

Koja je daljnja sudbina elektrona koje prenosi plastokinol B?

Answer 8

Plastokinol B predaje elektrone plastocijaninu koji je mali topljivi protein u kompleksu citokroma bf. Plastocijanin zatim dolazi do PSI gdje ide daljnji tijek fotosinteze.

Question 9

Opiši PSI i reakcije koje se u njemu događaju.

Answer 9

PSI ima također specijalni par klorofila koji se pobuđuje fotonima valne duljine od 700 nm. Elektroni se prenose na feredoksin koji je jedan od najjačih reducensa u biološkim sustavima, a nadoknađuju pomoću plastocijanina (poveznica sa PSII).

Question 10

Kako ,,završava” tijek fotosintetskih reakcija na svjetlu?

Answer 10

Feredoksin kao reducens dolazi do feredoksin-NADP+ reduktaze, predaje elektrone prvo FAD koji zatim predaje elektrone i reducira NADP+ što rezultira nastankom NADPH.

Question 11

Zašto se reakcije na svjetlu odvijaju?

Answer 11

Reakcijama na svjetlu nastaje protonski gradijent koji služi za sintezu ATP-a te nastaju reducirani kofaktori NADPH. Oboje će kasnije poslužiti za sintezu organskih spojeva u Calvinovom ciklusu.

Question 12

ATP-sintaza iz kloroplasta ima više podjedinica u svojoj transmembranskoj podjedinici. Osim toga, struktura, ali i uloga pokazuju jaku sličnost s mitohondrijom ATP-sintazom. Što je uzrok ovakvoj razlici?

Answer 12

Membrana kloroplasta je propusna za male ione poput magnezijevih kationa pa se time narušava električki gradijent pa je za sintezu ATP-a dostupan samo koncentracijski gradijent protona. Zbog toga je potrebna c14 podjedinica, a ne samo c8 kao u mitohondriju.

Question 13

Što je ciklička fosforilacija i kad do nje dolazi?

Answer 13

Ciklička fosforilacija događa se kad je omjer NADPH/NADP+ jako velik pa se feredoksin umjesto da reducira NADP+ vraća na kompleks citokroma bf gdje reducira plastocijanin pa imamo kružni tok elektrona. Ovakav slijed reakcija rezultira nastajanjem protonskog gradijenta te sintezom ATP-a, no ne i NADPH-a.

Question 14

Što je RUBISCO, koju reakciju katalizira, kakva mu je struktura?

Answer 14

RUBISCO je evolucijski izuzetno očuvan protein koji se nalazi u stromi kloroplasta. Ima 8 velikih i 8 malih podjedinica, a katalizira karboksilaciju (ili oksigenaciju) ribuloze-1,5-bisfosfata te nastanak 3-fosfoglicerata.

Question 15

Ukratko opiši Calvinov ciklus i nabroji neke enzime koji u njemu sudjeluju.

Answer 15

Calvinov ciklus fiksira CO2 na ribulozu 1,5-bisfosfat iz čega nastaje 3-fosfoglicerat pod djelovanjem rubisco-a koji redukcijom i defosforilacijom prelazi u gliceraldehid-3-fosfat ili dihidroksiaceton-fosfat. Njihovom kondenzacijom te kasnije djelovanjem transketolaza i aldolaza ponovno nastaje ribuloza-5-fosfat.

Question 16

Što aktivira RUBISCO?

Answer 16

Visoka koncentracija Mg2+ i visok pH u stromi.

Question 17

Što je fotorespiracija? Ukratko opiši kako se nastali fosfoglikolat reciklira.

Answer 17

Fotorespiracija je vezanje kisika na ribulozu-1,5-bisfosfat čime nastaje fosfoglikolat. Fosfoglikolat se zatim defosforilira u kloroplastu i prevodi u peroksisom gdje se oksidira te pretvara u glicin. Glicin prelazi u mitohondrij gdje dva Gly daju Ser koji se vraća u peroksisom, reakcijama transaminacije i redukcije daje glicerat koji prelazi u kloroplast. U kloroplastu se on fosforilira i ulazi u Calvinov ciklus.

Question 18

Što su C4 biljke? Navedi jednu takvu biljku i kako rješava problem fotorespiracije.

Answer 18

C4 biljke povećavaju koncentraciju CO2 u štapićastim stanicama čime se umanjuje mogućnost fotorespiracije. One su posebno zastupljene u vrućim klimama, a njihov predstavnik je kukuruz. Način na koji one funkcioniraju je taj da C4 molekule (oksaloacetat npr) dolaze do štapićastih stanica te iz njih nastaje piruvat uz oslobađanje CO2. Piruvat se vraća natrag te preko PEP-a i uz vezanje CO2 opet nastaje oksaloacetat.