A fotoszintézis rejtelmei

Az előadások a következő témára: "A fotoszintézis rejtelmei"— Előadás másolata:

1 A fotoszintézis rejtelmei
Dürer Verseny 2012. Február 10. A fotoszintézis rejtelmei és néhány érdekes dolog a növényekről Ferdinandy Bence ELTE, fizikus mesterszak

2 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
5 C + CO2 -> 2* 3C Adenozin trifoszfát Nikotin-adenin dinukleotid Bevezető Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

3 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
5 C + CO2 -> 2* 3C Adenozin trifoszfát Nikotin-adenin dinukleotid Bevezető Fényszakasz energia megkötés oxigén kibocsátás Sötét szakasz széndioxid megkötés cukor előállítás Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

4 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
5 C + CO2 -> 2* 3C Adenozin trifoszfát Nikotin-adenin dinukleotid Vázlat A fotoszintézis anatómiája A fényszakasz A sötét szakasz Problémák: fotorespiráció (fordítás: fénylégzés) a fotoszintézis hatékonysága Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

5 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
5 C + CO2 -> 2* 3C Adenozin trifoszfát Nikotin-adenin dinukleotid A növényi sejt (EM kép) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

6 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
A növényi sejt (rajz) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

7 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Kloroplaszt (EM kép) P M Gránum (tilakoid membrán) Lamella (tilakoid membrán) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10. .

8 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Kloroplaszt (rajz) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

9 Rövid kitérő

10 Endoszimbionta elmélet
Nem vagyunk egyedül odabent! Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

11 Endoszimbionta elmélet
Endo: belső szimbiózis: kölcsönösen előnyös együttélés Bizonyítékok: kettős membrán (egy tőlünk, egy tőlük) saját, félig funkcionális DNS nagyon hasonlóak az egysejtűekhez sejtosztódáskor ők külön osztódnak (anyuéból kapunk) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

12 Rövid kitérő vége

13 A fényszakasz célja: nagy energiájú molekulák
ATP: adenozin trifoszfát Ez nagyon fontos! Majdnem minden ezzel működik. A mitokondriumokban is készül. NADPH: Nikotinamid adenin dinukleotid foszfát Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

14 Fényszakasz (az elektrontranszport lánc)
Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

15 Fényszakasz (az elektrontranszport lánc)
„Kint” „Bent” Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

16 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Az egész lelke: a Photosystem Mi történik itt? Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

17 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Photosystem II  Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

18 A photosystem fénygyűjtő rendszere
A gyűjtőkomplex: Gyors energiaátadás Speciális pár Klorofil A molekula Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

19 Fényszakasz (az elektrontranszport lánc)
Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

20 Fényszakasz (az elektrontranszport lánc)
Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

21 Fényszakasz összegzés
2 H2O , 4 foton 2 NADPH , 3 ATP , 1 O2 12 átpumpált proton Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10. .

22 Miért zöldek a növények?
Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

23 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Sötét fázis I: RuBisCO Ribulóz-1,5-bifoszfát karboxiláz oxigenáz: Valószínűleg a legelterjedtebb fehérje a Földön. Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

24 Sötét szakasz II: Calvin-ciklus
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase Foszfoglicerinsav (3pga) Glyiceraldihed 3 foszfát Sötét szakasz II: Calvin-ciklus RuBisCO RuBP (5C) + 3 CO pc. 6C pc. 3PGA (3C) 13 lépés, energiaigényes (Calvin ciklus 1 G3P (3C) 3 RuBp 2 G3P cukor (6C) a közben felhasznált energia 12 NADPH 18 ATP 24 photons Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

25 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Calvin ciklus Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

26 Fotorespiráció (az igazi fénylégzés)
C4: Kukorica, cukorrépa Cam: orchidea Fotorespiráció (az igazi fénylégzés) RuBisCO az O2-t is meg tudja kötni, és haszontalan dolgokat csinál belőle (ez függ a széndioxid és az oxigén koncentrációjától) a folyamat visszafordítása energiaigényes és közben a növény széndioxidot is veszít ezt az ún. fotorespirációs komplex végzi (kloroplaszt + mitokondrium+ peroxiszoma) fotoszintézis fajták: C3, C4, CAM Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

27 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
C3 Fotoszintézis Tipikus (85%) eddig erről beszéltem A CO2 –t 3 szénatomos termékbe fixál nem hatékony meleg és száraz körülmények között mert a levelek bezárnak (nem veszít vizet, nem vesz fel széndioxidot) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

28 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
C4 fotoszintézis térbeli elkülönítés másik enzimmel fixál négy szénatomos termékbe külső sejtbe termékből belső sejtben felszabadítja -> Calvin ciklis RuBisCo így nem találkozik magas oxigén koncentrációval példa: cukornád, kukorica Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

29 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
CAM fotoszintézis időbeli elválasztás, 1 sejt este köti meg a széndioxidot egy másik enzimmel (PEP) nappal lezárja a sejtet és csinálja a Calvin ciklust Példa: kaktuszok, ananász Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

30 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Hatékonyság I. Az egyes lépésekben elvesző energia ~30% - hatáskeresztmetszet ~47% - limitált elnyelési tartományok ~24% - csak a vörösnek megfelelő energiát tudja használni ~68% - cukorkészítés hatásfoka ~35-45% - fotorespiráció és egyéb veszteségek ez egy 5-6%-os hatékonyságnak felel meg Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

31 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
ligetszépe Hatékonyság II. elméleti maximuma a hatásfoknak: 30% (a kémiai reakciók veszteségével együtt) laboratóriumban: 25% természetes körülmények között: a Death Valley-ben (ligetszépe): 8% cukornád: 7% (ez ugye C4) legtöbb növény: 1-4 % Ezt az 1-7%-ot használja saját maga fenntartására, növekedésre, szaporodásra is. Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

32 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
ligetszépe Hatékonyság III. Napelemek hatásfokával való összehasonlítás: elméleti: 86% laboratóriumban jelenleg: > 40 % amit kapni lehet (olcsó / nem annyira olcsó): ~6% / 15-20% DE: a növények önfenntartóak, maguktól szaporodnak és környezetbarát (nem kellenek hozzá ritka elemek) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

33 Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.
Mit tanultunk? anatómia: kloroplaszt fényszakasz: elektrontranszport lánc, vízbontás, oxigénkészítés nagyenergiájú molekulákat készít, proton koncentráció különbséggel sötét szakasz: széndioxid megkötés: RuBisCO + energy = glucose fotorespiráció: RuBisCO oxigént is köt-> C3, C4, CAM utak hatékonyság: 10% alatt Ferdinandy Bence – Dürer Verseny február 10.

34 Mintaszöveg szerkesztése
Második szint Harmadik szint Negyedik szint Ötödik szint