FOTOSINTEZA

Fotosinteza Biohemijski proces u kojem fotoautotrofni organizmi iz neorganskih materija stvaraju organske (hranljive) materije pomoću energije Sunčeve svetlosti Formula fotosinteze: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 ugljen-dioksid voda glukoza kiseonik

Modrozelene bakterije i biljke Autotrofni organizmi Sami stvaraju organsku materiju Fotoautotrofi Hemoautotrofi Vrše fotosintezu Vrše hemosintezu Za stvaranje organske materije koriste energiju dobijenu u procesima oksidacije neorganskih materija Za stvaranje organske materije koriste energiju Sunčeve svetlosti Modrozelene bakterije i biljke Hemoautotrofne bakterije: azotne, sumporne, vodonične, gvožđevite, metanske bakterije

Heterotrofni organizmi Gotovu organsku materiju uzimaju iz spoljašnje sredine Saprobi Paraziti Bakterije i gljive: hrane se ostacima uginulih organizama Hrane se na račun drugih živih organizama - domaćina Herbivori Kanivori biljojedi mesojedi Omnivori svaštojedi

List kao fotosintetički organ

Građa hloroplasta 3-10 µm spoljašnja membrana unutrašnja membrana stroma tilakoidni sistem tilakoidi strome tilakoidi grana 1-2 µm

Fotosintetički pigmenti Više biljke: hlorofil a i hlorofil b Hlorofili Alge: hlorofili a, b, c, d Karoteni - narandžasti Karotenoidi Ksantofili - žuti Fikocijanini - plavi Fikobilini kod algi Fikoeritrini - crveni

Građa molekula hlorofila Porfirinski prsten fitol Porfirinski prsten bogat konjugovanim vezama: –C=C–C=C– Više od 7 konjugovanih veza apsorbuje kvante vidljive svetlosti

Apsorpcioni spektar hlorofila Maksimumi apsorpsije hlorofila su u plavom i crvenom delu spektra vidljive svetlosti. Zelenu svetlost hlorofil propušta i zato je zelene boje.

Faze fotosinteze Svetla faza Tamna faza Odvija se u stromi hloroplasta, za nju nije potrebna svetlost Odvija se u tilakoidima hloroplasta na svetlosti Proizvodi: organska jedinjenja – fruktoza, glukoza Proizvodi: jedinjenja bogata energijom potrebna za tamnu fazu (NADPH i ATP) i kiseonik

Svetla faza fotosinteze Hlorofil apsorbuje svetlost i otpušta elektron, pri čemu se oksiduje Elektroni se preko niza prenosilaca prenose do krajnjeg akceptora elektrona NADP koji se redukuje u NADPH Hlorofil nadoknađuje elektron iz vode, prilikom fotolize vode nastaje O2 U procesu fotosintetičke fosforilacije enzim ATP-sintetaza sintetiše ATP.

ATP – adenozin trifosfat

2. Transport elektrona u membrani tilakoida Svetla faza 3. Redukcija NADP u NADPH 1. Apsorpcija svetlosti 4. Sinteza ATP Fotoliza vode: 2H2O = 4H+ + 4e- + O2 2. Transport elektrona u membrani tilakoida

Tamna faza – Kalvinov ciklus Neorganski ugljenik iz CO2 prevodi se u organski ugljenik fruktoze i glukoze Ovaj biohemijski proces je cikličan: u poslednjoj fazi regeneriše se početno jedinjenje ribuloza-bifosfat. Potrebno je da se ciklus “obrne” 6 puta da bi se dobio 1 molekul heksoze – fruktoze

2 fosfoglicerinska kiselina C3 ribuloza bifosfat C5 1. karboksilacija + CO2 3. regeneracija 2 fosfoglicerinska kiselina C3 ATP ATP + NADPH 2. redukcija 2 trioze fosfati C3 fruktoza, glukoza C6 saharoza, skrob

Konverzija šećera – regeneracija ribuloze bifosfata + CO2 C5 C5 C3 + C3 + C6 C7 C4 + C5

Značaj fotosinteze Stvaranje organskih (hranljivih) materija Fotoautotrofi su prva karika u lancu ishrane Stvaranje kiseonika koji se oslobađa u atmosferu

ĆELIJSKO DISANJE Oksidacija organskih materija do neorganskih pri čemu se dobija energija u obliku ATP-a C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + E

Faze ćelijskog disanja Glikoliza Krebsov ciklus Odvija se u mitohondrijama Odvija se u citoplazmi Glukoza se razlaže do pirogrožđane kiseline Pirogrožđana kiselina se razlaže do CO2 i vode

pirogrožđana kiselina Glikoliza i vrenje Krebsov ciklus Aerobni organizmi Glikoliza C6H12O6  2 CH3COCOOH glukoza pirogrožđana kiselina 6CO2 + 6H2O Mlečnokiselinsko vrenje Alkoholno vrenje CH3CH2OH + CO2 CH3CHOHCOOH alkohol mlečna kiselina U svim procesima dobija se ATP Anaerobni organizmi kvasci bakterije

mitohondrijski ribozomi mitohondrijski grebeni – kriste Građa mitohondrija unutrašnja membrana međumembranski prostor spoljašnja membrana mitohondrijski ribozomi mitohondrijski grebeni – kriste mitohondrijska DNK matriks

Krebsov ciklus C3 pirogrožđana kiselina CoA CO2 C2-CoA acetil-CoA CoA limunska kiselina oksalo-sirćetna kiselina NADH FADH2 CO2 C4 jabučna kiselina C5  keto-glutarna kiselina ćilibarna kiselina C4 CO2

elektron-transportni lanac 4. Razlika u koncentraciji protona pokreće ATP-sintetazu da stvara ATP međumembranski prostor 2. Protoni (H+) se pumpaju u međumembranski prostor unutrašnja membrana matriks 3. Krajnji primalac elektrona je O2, nastaje H2O elektron-transportni lanac ATP-sintetaza 1. NADH i FADH2 predaju elektrone elektron-transportnom lancu

Transport elektrona i oksidativna fosforilacija NADH i FADH2 predaju elektrone elektron-transportnom lancu smeštenom u unutrašnjoj membrani mitrohondrija Krajnji primalac elektrona je O2: kiseonik; protoni i elektroni daju H2O Prilikom transporta elektrona, protoni (H+) se premeštaju u međumembranski prostor Razlika u koncentraciji protona pokreće ATP-sintetazu da sintetiše ATP u procesu oksidativne fosforilacije

Oksidacija masti Proste masti (lipidi) – trigliceridi su estri trohidroksilnog alkohola glicerola i masnih kiselina Prvi korak u razlaganju triglicerida je njihova hidroliza na gliecerol i 3 molekula masne kiseline pomoću enzima lipaze

C16 C15H31COOH + 8CoA C2 8 acetil-CoA dalje se razlaže u glikolizi glicerol lipaza triglicerid masne kiseline Razlažu se u procesu β-oksidacije masnih kiselina u matriksu mitohondrija C16 C15H31COOH + 8CoA palmitinska kiselina Razlaže se u Krebsovom ciklusu u matriksu mitohondrija C2 8 acetil-CoA Proizvodi Krebsovog ciklusa: CO2, NADH i FADH2