Växtcellers energiomsättning och cellbiologins arbetsmetoder Flashcards
Man kan dela upp fotosyntesens reaktioner i två steg, vad kallas dessa? beskriv dem kortfattat.
Den ljusberoende reaktionen och den ljus-oberoende reaktionen.
Ljusberoende: energi från solen transporteras med resonans till ett reaktionscenter där en elektron avges med hög energi efter excitation av pigmentet P680, denna elektron går igenom en elektrontransportkedja för att generera ATP (fotosystem II) och därefter NADPH (fotosystem I). Vatten klyvs av P680 (superstarkt oxidationsmedel) för att ersätta elektronen vilket leder till att syrgas avges som biprodukt. Reaktionen drivs alltså av att ljusenergi konverteras till potentiell kemisk energi.
Ljus-oberoende: Calvincykeln som förbrukar ATP, NADPH och fixerar koldioxid för att utvinna trekols-sockerföreningar som sedan används för att skapa glukos (energi för cellen). Sker i stroma och NADP+ samt ADP blir över och går tillbaka in i den ljus-beroende reaktionen igen.
Vart i växtceller sker fotosyntesen?
I kloroplaster. Ljusberoende reaktionen i thylakoidmembranen och ljus-oberoende i stroma (insidan av kloroplaster)
Förklara i detalj vad som händer steg för steg i den ljusberoende reaktionen.
Ljus träffar olika pigmentmolekyler i fotocenter i mesofyllet av bladet och energin transfereras med resonans till reaktionscentrumet i fotosystem II där den används för att excitera en elektron i pigmentet (special pairs) P680 till elektronacceptorn Feofytin. Elektronen som saknas i pigmenten (nu starka oxidationsmedel) tas upp från klyvning av H2O vilket bildar molekylärt syre (O2).
Därifrån vandrar elektronen i en elektrontransportkedja där den stegvis förlorar energi. Den går genom Q-komplexet (plastoquinone) och sedan Cytokrom BF komplexet (protonpump) där energin som avges går åt att pumpa in H+ från stroma in i thylakoid lumen -> en protongradient över membranet bildas. Från splittringen av vatten bildas även 2H+ vilket bidrar till gradienten.
Protongradienten driver ATP-syntas som bildar ATP från ADP.
I fotosystem I exciteras en elektron i P700 mha energi från fotoner till acceptormolekylen Ferredoxin. Elektronen som kom från fotosystem II (nu med lägre energi) ersätter elektronen som exciterats. Elektronen går vidare i en ytterligare elektrontransportkedja och NADP+ tar slutligen upp elektronen och tillsammans med en annan elektron från samma väg bildar NADPH.
Nettoeffekten av detta är alltså att ATP och NADPH har bildats, som behövs för den ljus-oberoende reaktionen (calvincykeln).
Sammanfattningsvis:
1. ljusabsorbtion som genererar O2 och högenergielektroner för vidare transport.
- Elektrontransportkedja och bildande av protongradient
- ATP-synes driven av protongradient.
Den vanliga rekationsmekanismen i den ljusberoende reaktionen kallas för “non-cyclic photophophorylation” men om cellen inte behöver NADPH använda så kallad “cyclic photophophorylation” för att öka genereringen av ATP. Hur fungerar detta?
Istället för att skicka in högenergielektronen i den andra elektrontransportkedjan kan fotosystem I avge elektronen till Cytokrom BF komplexet och som pumpar in H+ i thylakoid lumen, och på så sätt maximera protongradienten för att driva mer ATP syntes. Denna mekanism ger dock 50% mindre ATP per par elektroner.
Vad är ett fotosystem?
Ett fotosystem är ett proteinkomplex innehållande pigment och “special pairs” av pigment som kan oxideras (tappa en elektron).
Ange de tre stora skillnaderna mellan fotosystem I och II.
- De “speciella paren” av klorofyll a som oxideras av fotoner är olika i systemen. I fotosystem II är det P680 och i fotosystem I är det P700.
- elektronacceptorn för fotosystem II är feofetyn, annan i fotosystem I.
- Elektronkälla för den oxiderade formen: För FSII kommer de ersättande elektronerna från klyvning av vatten, för FSI kommer elektronerna från FSII.
Förklara i detalj vad som händer steg för steg i den ljus-oberoende reaktionen: Calvin cykeln:
Calvincyken kan delas upp i tre steg: kolfixering, reduktion och regenerering av startmolekylen.
- Kolfixering: I det första steget av cykeln katalyserar ett enzym med smeknamnet rubisco (RuBP-karboxylas-oxygenas) bindningen av CO2 till ett femkolssocker som kallas ribulosbisfosfat (RuBP). Den resulterande 6-kolmolekylen är dock instabil och delas snabbt i två 3-kolsmolekyler som kallas 3-fosfoglycerat (3-PGA). För varje CO2 som kommer in i cykeln produceras alltså två 3-PGA-molekyler.
- Reduktionssteget i Calvin-cykeln, som kräver ATP och NADPH, omvandlar 3-PGA (från fixeringssteget) till ett socker med tre kolatomer.
Först får varje molekyl av 3-PGA en fosfatgrupp från ATP, som förvandlas till en dubbelt fosforylerad molekyl som kallas 1,3-bisfosfoglycerat (och lämnar efter sig ADP som en biprodukt). Sedan reduceras 1,3-bisfosfoglyceratmolekylerna, varje molekyl tar emot två elektroner från NADPH och förlorar en av sina fosfatgrupper och förvandlas till ett trekolssocker som kallas glyceraldehyd 3-fosfat (G3P). Detta steg producerar NADP+ och fosfat (Pi) som biprodukter.
- I regenereringssteget går en del av G3P molekylerna ut ur cykeln för att bilda glukos (2 st G3P behövs för att bilda en glukosmolekyl) medan övriga går in i regenereringen av RuBP (som kräver komplexa reaktioner och energi) och cykeln kan börja om igen.
När används C4-fotosyntes och hur går det till?
C4 fotosyntes är en mer evolverad typ av fotosyntes, som undviker problemet med fotorespiration: Att Rubisco fixerar syre istället för CO2 vilket bryter ner kolföreningar och avger CO2. Växter som tex majs, sockerrör utför C4 fotosyntes genom att först använda PEP carboxylas som katalyserar kolfixering i mesofyllceller. C4 pathwayen har en fyrkolsförening som första produkt (oxaloacetat) som sedan bryts ner till malat (4C) som går in i bundle sheath cells genom plasmodesmata. I bundle sheath cells splittas malat upp i pyruvat som går tillbaka till mesofyllcellen och ombildas till PEP samt CO2 som går in i calvincykeln och kan bilda socker utan att fotorespiration kan ske! Mer effektivt!
Hur lagras glukosen som bildats efter calvincykeln? Varför?
Glukosen som bildas i calvin-cykeln lagras som stärkelse. Glukos påverkar osmotisk potential i cellen, och om hög konc Glukos skulle lagras skulle vatten stömma in med osmos och eventuellt spräng cellen. Uppbundet i stärkelse (vatten-olösligt) påverkar glukosen inte osmotisk potential.
Det finns dock undantag, tex sockerrör lagrar glukos som sukros i begränsade mängder (för att inte påverka osmotisk potential så mycket) inuti vakuolen. Socker kan även lagras temporärt som stärkelsekorn i amyloplaster.
Beskriv kortfattat hur mitokondrier ser ut och deras funktion.
Mitokondrier är organeller met ett yttre och innermembran. Mellanrummet kallas det intermembrana utrymmet och här är cytosolen. Innemembranet är väckat (ger större membranyta) och vecken kallas cristae. Utrymmet inuti innermembranet kallas för matrix. Elektrontransortkedjan och ATP syntes sker igenom innermembranet, ATP bildas i matrix.
Mitokondrier kallas ofta för “cellens kraftverk” och de använder aerob oxidation av kolhaltiga molekyler för att generera energi i form av ATP.
Vilka är de fyra stegen som sker när mitokondrierna genererar energi från socker och syre (aerobt)?
- Glykolys
- Citronsyracykeln
- Puruvat oxidering
- elektrontransportkedjan.
