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

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

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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

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

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

Rövid kitérő

Endoszimbionta elmélet Nem vagyunk egyedül odabent! Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

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 2012. február 10.

Rövid kitérő vége

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 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) „Kint” „Bent” Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

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

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

A photosystem fénygyűjtő rendszere A gyűjtőkomplex: Gyors energiaátadás Speciális pár Klorofil A molekula Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz (az elektrontranszport lánc) Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

Fényszakasz összegzés 2 H2O , 4 foton 2 NADPH , 3 ATP , 1 O2 12 átpumpált proton Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10. .

Miért zöldek a növények? Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

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 2012. február 10.

Sötét szakasz II: Calvin-ciklus Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase Foszfoglicerinsav (3pga) Glyiceraldihed 3 foszfát Sötét szakasz II: Calvin-ciklus RuBisCO + 3 RuBP (5C) + 3 CO2 3 pc. 6C 6 pc. 3PGA (3C) 13 lépés, energiaigényes (Calvin ciklus 1 G3P (3C) 3 RuBp 2 G3P 1 cukor (6C) a közben felhasznált energia 12 NADPH 18 ATP 24 photons Ferdinandy Bence – Dürer Verseny 2012. február 10.

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

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

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 2012. február 10.

Mintaszöveg szerkesztése Második szint Harmadik szint Negyedik szint Ötödik szint