Fotosüntees -on orgaanilise aine süntees H2O ja CO2-st valgusenergia kaasabil, kusjuures reaktsiooni käigus eraldub O2. -fotosüntees toimub kloroplastides, kuna sealsed klorofüllimolekulid suudavad neelata valgusenergiat -fotosünteesil on kaks erinevate reaktsioonidega etappi: valgusstaadium: * nõuab valguse olemasolu *sisendiks H2O, * vaja on makroergilisi ühendeid NADP, ATP ja fosfaatrühmi * väljundiks on makroergilised ühendid NADPH ja ATP (e puhas energia) * kõrvalproduktiks on O2 pimedusstaadium: * on valgusest sõltumatu protsess * sisendiks ATP, NADPH ja CO2 * väljundiks C6H12O6, NADP, ATP, fosfaatrühmad kloroplastid: * 2-membraanilised organellid * sees lamellid (3-membraansed moodustised) * kloroplasti sisekeskkonda nimetatakse stroomaks * lamellide membraanides asuvad : - klorofülli molekulid - valgud, mis püüavad kinni ergastunud elektronide energia - fosfolipiidid.
BIOKEEMIA KONSPEKT I ATP (adenosiintrifosfaat) ja NADPH (taandatud nikotiinmiidadeniindinukleotiid- fosfaat) on energiarikkad e. makroergilised ühendid. Makroergiliste molekulide reageerimisel teiste biomolekulidega vabaneb energia, mille arvelt toimuvad mitmed energeetiliselt ebasoodsad protsessid (biosüntees, liikumine, osmoos). MOLEKULAARNE HIERARHIA: Anorgaanilised eellased CO2, H2O, NH3, N2. Metaboliidid püruvaat,tsitraat, suktsinaat Monomeersed ehituskivid aminohapped, nukleotiidid, monosahhariidid, rasvhapped, glütserool
+ FADH2 + GTP + CoA + 2CO2 + 2H+ + HSCoA) Süsivesikute, lipiidide, aminohapete metabolism TKT tähtsus Energia kasutamine: (1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2)= 12 ATP TKT talitluse ja häirete meditsiinilised aspektid TKT funktsioneerimishäired organismile ohtlikud ja kriitilised väga intensiivse aeroobse metabolismi kudedes. TKT vajadus Tiamiin, riboflaviin, pantoteenhape, nikotiinhape, lipoehape Regulatoorsed ensüümid TKT talitluses ATP/ADP/AMP, GTP/GDP/GMP, NADPH/NADH/NAD, sukstinüül-CoA, Ca2+, atsüül-CoA, hormoonid TKT kontrollpunktid Tsitraadi süntaas- ATP, NADH, sukstinüül-CoA ja atsüül-CoA allosteeriline inhibeerimine Isotsitraadi DH- ATP ja NADH allosteeriline inhibeerimine. (Mg ja Ca defitsiit-> ensüümi töö) AKGDH-(3 ensüümi+ 5 vitamiini)- ATP, NADH, GTP ja sukstinüül-CoA allosteeriline inhibeerimine TKT respiratoorne kontroll NAD ja FAD pidev varustamine hingamisahela poolt
kloroplast muutub kromoplastiks. Neid esineb lisaks valminud viljadele ka õite kroonlehtedes. Kromoplastide kuju on üldiselt perekonna- või sugukonnaspetsiifiline. Taimedele ei anna värvuse mitte üksnes kloro- või kromoplastiidid, seda mõjutavad ka vakuoolides leiduvad pigmendid, näiteks antotsüaan. Fotosünteesi kaks faasi: 1 Valgusreaktsioonides püüavad fotosünteesivad rakud päikese valgusenergiat ja muundavad selle keemiliste sidemete energiaks NADPH kui redutseerija ja ATP kui energiakandja vormis. Sealjuures eraldub hapnik. Valgusreaktsioon on seotud tülakoidmembraaniga. 2 Pimereaktsioonides ehk süsiniku fikseerimise reaktsioonides kasutatakse NADPH kui redutseerijat ja ATP hüdrolüüsi energiat endergoonilisteks protsessideks heksoossuhkrute jt. orgaaniliste molekulide sünteesil CO2-st. pimedusreaktsioon on seotud stroomaga. 2
Mis sunnib vesinikioone liikuma lamellidest väljapoole? Vee lagundamise tulemusena on vesinikioonide kontsentratsioon ühel ja teisel pool tülakoidi membraani erinev. Et kontsentratsioon oleks mõlemal pool tasakaalus, liiguvad H+-ioonid läbi membraani. See käivitab membraanis asuva ensüümi, mis hakkab tootma ATP molekule, lisades ADP-le fosfaatrühma. FP I: Pimedusstaadium. Reaktsioonid toimuvad kloroplasti stroomas kohe pärast valgusstaadiumi. Siin saab CO2-st ja NADPH-ga kohale toodud H+-ioonidest mitme järjestikuse reaktsiooni lõpptulemusena glükoos. Selleks vajaminev energia saadakse FP II-s tehtud ATP molekulidest. Reaktsioonid moodustavad Calvini tsükli. FP II: Valgusstaadium. Vajatakse päikeseenergiat. Reaktsioonid toimmuvad kloroplasti tülakoidi membraanis. Valguse mõjul ergastuvad pigmentide molekulid ning igast molekulist eraldub üks elektron. Klorofülli molekulid võtavad kaotatud elektroni tagasi vee molekulist.
Anaeroobsetes tingimustes redutseerib NADH lihastes püruvaadi laktaadiks (homolaktaalne fermentatsioon) 2. Pärmis püruvaat dekarboksüleeritakse, moodustavad CO2 ja atseetaldehüüd, viimane redutseeritakse NADH poolt etanooliks (alkohoolne fermentatsioon) 3. Aeroobse metabolismi korral oksüdeeritakse NADH hingamisahelas, protsess seotakse 2.5 ATP sünteesiga pentoosfosfaadi rada Pentoosfosfaadi (PF) rada leiab aset raku tsütosoolis ning selle käigus toodetakse NADPH ja sünteesitakse pentoos-suhkruid (5C). PF rajal on kaks eristatavat faasi: • esimene on oküdatiivne faas, kus toodetakse NADPH • teine on mitte-oksüdatiivne, kus sünteesitakse erinevaid 5-süsinikulisi suhkruid. See rada on ka alternatiiv glükolüüsile. Kuna PF rada hõlmab endas glükoosi oksüdeerimist, on tema primaarne roll pigem anaboolne kui kataboolne Oksüdatiivne rada Üldine reaktsioon:
*tasapinnaline. 600 700 nm juures toimub klorofülli neeldumine; karotenoidid 400 - 500 nm. 5.Abipigmendid laiendavad veelgi neeldumisriba sellistel spektritel, kus klorofüllid ei neela. *Karotenoidid toimivad ka fotoprotektoritena, lõhustades fotoergastamisel tekkivaid reaktiivseid hapniku osakesi e. vabu radikaale. *Fükobiliinid e fükotsüanobiliinid vetikates. 6.Valgusraktsiooni ül: *toota energia kandjat ATP (ADP fosforrüülimine); *toota redutseerijat taandatud NADPH; *hapniku formeerimine. Pimereaktsiooni ül: CO2-st orgaaniliste ühendite süntees. 7. a) Mõlemat fotsosüsteemi vajavad taimed vetikad ja tsüanobakterid ehk O 2 produtseerivad organismid; b) Fotosüsteeme eristatakse lainepikkuse järgi P700 (FS I) ja P680 (FS II); c) FS I ja FS II üheaegsel funktsioneerimisel produtseeritakse O2, ATP ja NADPH; d) vaid FS I funktsioneerimisel produtseeritakse ATP-d. 8
Tallinna Ülikool FOTOSÜNTEESI KEEMIA Taimefüsioloogia referaat Koostanud: Luise Tiks Tallinn 2014 Sissejuhatus Fotosüntees on protsess, mille abil mitmed bakteritüübid, vetikad ning vaskulaarsed taimed muundavad valgusenergia orgaaniliste ainete keemiliseks energiaks. Fotosüntees hõlmab mitmeid füüsikalisi ning keemilisi reaktsioone, mille käigus sünteesitakse valgusenergia abil taandavaid agente (ferredoksiine ja NADPH-d) ning ATP-d. Saadud ühendeid kasutatakse lihtsate orgaaniliste ainete sünteesiks süsihappegaasist ning lämmastik- ja sulfaatioonidest. Sellised reaktsioonid on omased nii prokarüootidele kui eukarüootidele ning on aluseks taime funktsioneerimisele. Käesoleva töö eesmärgiks on anda ülevaade fotosünteesi pimedusstaadiumis toimuvatest keemilistest reaktsioonidest, mis võimaldavad organismidel keemiliste ühendite energiaks
Valgusstaadium toimub ainult kloroplasti rohelistes osades ergastunud pigmendid teostavad vee fotolüüsi ja ATP sünteesi HO→H+e+O 1. vee fotolüüs →vee molekul lõhustatakse (sealt tekib energia, mis jääb ATP'ks) järgi jääb hapnik ja kaks vesinikku. Osa hapnikukasutab taim ise, ülejäänud läheb läbi õhulõhede atmosfääri. 2. NADP + e + H → NADPH (vesiniku sidumine) Vesinikud ja elektronid aitavad NADPH moodustamist. NADPH viib vesiniku edasi pimedusstaadiumisse. 3. Valgusenergia muudetakse keemiliseks energiaks ja eraldub hapnik. Reaktsiooni tulemusena saadakse ATP ja NADPH molekule, mis on vajalikud pimedusstaadiumi reaktsioonideks. Pimedusstaadium ehk Calvini tsükkel reaktsioonid toimuvad kloroplasti stroomas 1
mida me välja hingame, kes seda gaasi kasutavad ja milleks)? fotosünteesi võrrand: CO2 + H2O O2 + C6 H12 O6 mitokondriaalne hingamine: C6 H12 O6 + O2 CO2 + H2O + ATP 35. Millises kloroplasti osas toimub valgusstaadium, millises Calvini tsükkel? Valgusstaadium toimub tülakoidide membraanides, Calvini tsükkel stroomas. 3 36. Milliseid Calvini tsükli jaoks vajalikke aineid valgusreaktsioonides toodetakse? ATP ja NADPH 37. Miks on FSII valgustpüüdva kompleksiga seotud vett lagundav kompleks. 38. Mis funktsioon on tsentriklorofüllil. Millise lainepikkusega kvandid lükkavad fotosünteesi valgusreaktsiooni käima? 680nm u 39. Kumb fotosüsteem on seotud ATP ja milline NADPH tootmisega? NADPH FSI, ATP - FSII 40. Miks on vaja prootoneid läbi membraani stroomast luumenisse pumbata? - et luumenis oleks prootonite kontsentratsioon suurem kui stroomas 41
• Mn3+ ioonid omakorda osalevad väävli oksüdeerimisel. • Vee oksüdeerimiseks peab eelpool kirjeldatud oksüdeerimiste ahel toimuma neli korda 4Mn3+ + S → S4+ + 4Mn2+ • S4+ reageerib kahe veemolekuliga: S 4+ + 2H2O → S + 4H+ + O2 • Fotosüsteem I ergastub samuti valguse mõjul, selle tulemusena toimub ferredoksiini redutseerimine • Redutseeritud ferredoksiin on vajalik näiteks NADP+ taandamiseks NADP+ + H+ + 2 ferredoksiin- →NADPH + ferredoksiin • NADPH osaleb hiljem fotosünteesi Calvini tsüklis ATP süntees • ATP võimaldab nii energiat üle kanda kui ka fosforüleerimisprotsesse läbi viia • Taimedes saadakse ATP sünteesiks vajalik energia kaudselt fotosünteesi valgusstaadiumist • Vee lõhustamisel vabanenud H+ ioonid tekitavad prootongradiendi, mille tulemusel liiguvad vesinikioonid läbi ATP süntaasi membraanse osa • Prootonite liikumine läbi ATP süntaasi paneb
(Taimed peavad olema päikese käes ja loomad peavad sööma) 9. Taimed rohelist värvi: Päikese valguses on kõige rohkem rohelist valgust, Taimed ei suuda kogu neile langevat valgust kasutada fotosünteesiks. 10. Fotosüntees Süsihappegaasist ja veest orgaaniliste ainete moodustamise protsessi, mis toimub rohelistes taimedes valguse käes. 11. Fotosünteesi etapid: Valguse Etapp: tekivad kõrge energiasisaldusega tooted ATP ja NADPH. Eraldub hapnik Tumedas Etapis osalemisega ATP ja NADPH toimub taastamine CO2 kuni glükoosini ( C6H12O6 ). Kuigi valgust ei ole vaja selle rakendamise protsessiks, osaleb ta tema reguleerumisel. 12. Fotosünteesi summaarne võrrand: 6CO2 + 12H2O = C6H12O6 + 6Hao 13. Fotosünteesi tähtsus: Anorgaanilistest ainetest esmase orgaanilise aine loomine, Glükoosi on põhiline eneriaallikas enamikus organismides,
saadavatest anorgaanilistest ainetest. Selleks kasutatakse kas valgusenergiat (fotosünteesija) või redoksreaktsioonidel vabanevat keemilist energiat (kemosünteesija) Heterotroof organism, kes saab oma elutegevuseks vajaliku energia toidus sisalduva orgaanilise aine oksüdatsioonil Calvini tsükkel fotospnteesi pimedusstaadiumi tsükliline reaktsioonide jada, mille käigus seotakse CO2 ning kasutatakse valgusstaadiumi reaktsioonides moodustunud NADPH 2 ja ATP molekule Etanoolkäärimine pärmseentes ja mõnedes teistes bakterites hapniku puudusel toimuv glükoosi lagundamine, mille üheks lõppproduktiks on etanool Hingamisahel mitokondri sisemembraanide harjakestes toimuv reaktsioonide jada, millega kaasneb ATP süntees. Protsessi käigus oksüdeeritakse glükoosi lagundamisel eraldunud H aatomid H2O molekulideks Makroergiline ühend madalamolekulaarne orgaaniline ühend, mis osaleb keemilise energia
1. Kloroplasti ehitus. Tülakoidid on volditud struktuurid, nn lamellid, mis kokku pakituna moodustavad graani. Lahustuv on kloroplastist on strooma. Tülakoidvesiikulite sisu nim tülakoidruumiks või luumeniks. Valgusreaktsioonid toimuvad tülakoidmembraanis. Pimedusreaktsioonid stroomas. 2. Valguseaktsioonides püüavad fotosünteesivad rakud päikese valgusenergiat ja muudavad selle keemiliste sidemete energiaks NADPH kui redutseerija ja ATP kui energiakandja vormis, eraldub hapnik. + + 2 H2O + 2 NADP + x ADP + Xpi O2 + 2 NADPH + 2 H + x ATP + x H2O Pimereaktsioonides e süsinikufikseerimise reaktsioonides kasutatakse NADPH kui redutseerijat ja ATP hüdrolüüsi energiat endergoonilisteks protsessideks heksoossuhkrute jt orgaaniliste molekulide sünteesil CO2-st.
käivitab ATP süntetaasi kompleksi. (prootonite (H+) tagasiliikumine piki gradienti omakorda käivitab ATP-süntetaasi kompleksi.) 9. Millised fotosünteesi faase eristatakse? Kus nad aset leiavad, mis on nende roll ja mida neis produtseeritakse? Taimedes kulgeb fotosüntees kloroplastide tülakoidmembraanides. Faasid: · Valgusreaktsioonidesopüüavad fotosünteesivad rakud päikese valgusenergiat ja muundavad selle keemiliste sidemete energiaks NADPH kui redutseeija ja ATP kui energiakandja vormis, kusjuures eraldub hapnik. · Pimereaktsioonides ehk süsiniku- fikseerimise reaktsioonides kasutatakse NADPH kui redutseerijat ja ATP hüdrolüüsi energiat endergoonilisteks protsessideks heksoossuhkrute jt orgaaniliste molekulide sünteesil CO2st. · · Valgusreaktsioonid on seotud tülakoidmembraanidega, pimereaktsioonid aga `stroomaga. 10
või violetses osas Fotosünteesi valgustaadium Reaktsoonid kulgevad kloroplastide sisemembraanides ainult valgusenergia mõjul. Klorofülli molekulid moodustavad koos teiste pigmentidega FOTOSÜSTEEME. FOTOSÜSTEEM II pigmenid teostavad vee fotooksüdatsiooni (fotolüüsi) ja ATP sünteesi Eraldivad vesinikioonid ja elektronid Eraldunud hapnik difundeerub läbi õhulõhede atmosfääri FOTOSÜSTEEM I pigmendid osalevad NADPH₂ moodustumisel (NAD – vesinikukandja) (seostud süsihappe gaasiga) vajalik pimedustaadiumi täitmiseks. Fotosünteesi pimedusstaadium ehk Calvini tsükkel: Pimedusstaadiomi reaktsioonid toimuvad kloroplastide stroomas. Süsinikuallikaks on õhulõhede kaudu taime sesenenud CO₂ Vesinikuallikas NADPH₂ Energiallikaks on vaja 18 ATP molekuli 6CO₂ + 12NADPH₂ -> C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 12NADP
8. Glükogeeni süntees ja degradatsioon on hästi reguleeritud protsessid, kuna veres peab püsima stabiilsena glükoosi kontsentratsioon 5mM. Millised kaks ensüümi on glükogeeni metabolismi peamised regulaatorid? Selgitage, milline on nende toime. 9. Kas teie organism konverteerib rohkem glükoosi rasvhapeteks või rohkem rasvhappeid glükoosiks? Selgitus? 10. Glükoosi katabolismi pentoosfosfaadi raja peaülesandeks on toota: riboos-5-fosfaati ning NADPH. 11. Pentoosfosfaadi raja lähtesubstraadiks on glükoos-6-fosfaat . Millist redutseerijat produtseeritakse raja kahes esimeses oksüdeerivas reaktsioonis? NADH. NADP+ 12. Millistes imetajate kudedes on glükoosi pentoosfosfaadi rada aktiivne? Millistes protsessides kasutatakse pentoosfosfaadi rajas sünteesitud NADPH-d ja riboos-5-fosfaati? Toimib maksa ja adipooskoe rakkude tsütoplasmas Redutseeriva reaktsiooni sünteesides.
9. Mis on fotosüntees? V: fotosüntees on klorofülli sisaldavates organismides toimuv orgaaniliste ainete süntees, mille käigus kasutatakse valgusenergiat. 10. Fotosünteesiks vajalikud tingimused. V: Klorofüll ja valgus. 11. Mis toimub ja tekib fotosünteesi valgus- ja pimedusstaadiumis? V: Valgusstaadium Toimub ainult valgus-energia mõjul kloro-plastide sisemembraanidel Põhiprotsess on vee fotolüüs, mille käigus tekivad hapnik ja vesinik. Vesinik seotakse NADPH -ks 2 Hapnik läheb rakust välja Valgusenergia seotakse ATP-sse Pimedusstaadium Toimub nii pimeduses kui valguse käes kloroplastide stroomas Toimuvad paljud järjes-tikused reaktsioonid, mille käigus NADPH -st ja süsihappegaasist tekib 2 glükoos (Calvini tsükkel) Vajalik energia saadakse ATP-st 12. Fotosünteesi üldvõrrand. 13. Fotosünteesi tähtsus.
· FOSFOLIPIIDIDE HÜDROLÜÜS FOSFOLIPAASID (PL)- pankrease sekreedis sisalduvad, fosfolipiidide hüdrolüüsi katalüüsivad ensüümid. LIPOGENEES LIPOLÜÜS - rasvade hüdrolüütiline lagundamine LIPOGENEES - eeskätt uute rasvhapete süntees Loomadel toimub aktiivselt rasvkoe-, piimanäärme- ja maksarakkude tsütoplasmas, taimedel - kloroplastides. RASVHAPETE SÜNTEESI LÄHTEAINED · Atsetüül-KoA CH3CO~SkoA - süsinikuallikad · HC03-(C02) · NADPH+H+ - redutseerija · ATP - energiakandja · Rasvhapete süntaas - multiensüümkompleks Rasvhapete süntaas koosneb kuuest erinevast ensüümvalgust ja ACP-st (bakteritel ja taimedel) või ühest suurest multifunktsionaalsest valgust (selgroogsetel), mis omab seitset erinevat ensüümaktiivsust; sisaldab kahte -SH rühma, mis seovad makroergilise tioestersidemega rasvhapete atsüüle.
Hüdroksüperoksüdaasid: lipiidide hüdro- või vesinikperoksiidi konversioon (peroksüdaas, katalaas) Dehüdrogenaasid: bio-oksüdatsiooni kesksed ensüümid Hingamisahel Roll: energia saamine (prootonite transport) Koostis: Ensüümid: dehüdrogenaasid ja tsütokroomid Koensüümid: NAD/NADH, FMN/FMNH2, cytbFe3+/cytbFe2+ (e liikumine paarist + paarini), Q Teised: FeS tsentrid prootonite transpordiks Mitchell's theory Redokspaaride tähtsus NAD/NADH, NADP/NADPH, FMN/FMNH2, CoQ/CoQH2, lipoaat/dihüdrolipoaat, dehüdroaskorbiinhape/askorbaat, tioolrühma vahendusel funktsioneerivad redokspaarid tsüstiin- tsüsteiin ja glütatioonsüsteem Homotsüsteiin-Tsüsteiin- tsütosiin
Inimorganism on võimeline sünteesima neid kofaktoreid trüptofaanist lähtudes, ent protsess ei ole piisavalt efektiivne organismi vajaduste tagamiseks. 1 mg niatsiini sünteesiks kulutatakse 60 mg trüptofaani ja mõnedes taimsetes produktides sisalduv trüptofaan ei ole lihtsalt omastatav. Niatsiini sünteesi inhibeerib ka laialdaselt tuberkuloosi raviks kasutatav ravim isoniasiid. Niatsiinist sünteesitakse kaks erinevat koensüümi: NADH ja NADPH. Ainuke erinevus nende kahe koensüümi vahel on täiendav fosfaatrühm NADPH koosseisus, mis on seotud riboosi 2´ süsinikuga. NADH ja NADPH funktsioneerivad kui valkudevahelised mobiilsed elektronide kandjad, sisuliselt substraadid redoksreaktsioone katalüüsivatele ensüümidele. NADH on seotud eelkõige kataboolsete reaktsioonidega. NADH oksüdeerunud vorm NAD+ aksepteerib elektrone orgaaniliste molekulide lagundamisega seotud reaktsioonides
fotosünteesi mehhanism lõikab lühemalaineliste kvantide energia maha ja muudab selle soojuseks. Fotosünteesis eraldub O2 veest, mitte CO2-st. CO2 + 2H2O + 8hv -> CH2O + H2O + O2. Kogu fotosünteesi protsessi jagatakse kaheks osaks, “valgusreaktsioonid” ja “pimereaktsioonid”. “Valgusreaktsioonides” lagundatakse vesi, kuid CO 2 taandava jõuna ei eraldu mitte vesinik, sest see lenduks, vaid universaalne bioloogiline e- kandja NADPH. Fotosünteesi “pimereaktsioonides” NADPH ja ATP kasutatakse CO2 taandamiseks. Calvini tsükli vaheproduktid on fosfaadid. CO2 taandamiseks kasutatakse 4 elektroni energia, mis eralduvad veest ja mille abil kahe kaksiksidemega CO2 struktuur ümber kujundatakse nelja üksiksidemega struktuuriks. Tekkiva suhkru koosseisu jääb aga neljast elektronist kaks. Tülakoidi membraansüsteem moodustab sisemise ruumiosa, luumeni, mis on stroomast membraaniga eraldatud. Luumeni ja strooma vahel tekib H
Sisalduva kolmiksideme lõhustamise reaktsiooni aktivatsioonibarjääri ületamiseks. Inaktiveerub õhuhapniku toimel. 3. Selgitage milline on glutamaadi ja glutamiini funktsioon ammooniumi assimileerimisel. Kirjeldage reaktsioonid, mida katalüüsivad glutamaadi dehdrogenaas, glutamiini süntetaas ja glutamiini süntaas. Nende reaktsioonidega toimub anorgaanilise lämmastiku sisenemine orgaaniliste ühendite koosseisu. Glutamaadi dehüdrogenaas kasutab NADPH redutseerivaid ekvivalente ammooniumi sidumiseks - ketoglutaraadiga. Glutamiini süntetaas on põhiline ensüüm mida kasutatakse ammooniumi fikseerimiseks. Kasutab ATP energiat reaktsiooni läbiviimiseks. Substraadiks glutamaat. 4. Asendatavad ja hädavajalikud aminohapped. Asendatavad aminohapped on sellised mille biosünteesi rajad on loomadel olemas. Biosünteesi rajad lihtsamad. Hädavajalikud aminohapped produtseeritakse taimede ja bakterite poolt. Biosünteesi rajad on
Fotosüsteem II Fotosüsteem I Ergastunud seovad klorofülli e¯ energia · Klorofülli ergastunu · NADP · H lagundamin süntees d e¯ molekulid e Moodustub NADPH liiguvad HO ATP Pimedusstaadium CO seotakse Calvini tsükkel moodustub Summaarne võrrand 6 CO + HO => CHO + 6 O + 6 HO Fotosünteesi tähtsus taimedele Glükoosi kasutavad taimed energia saamiseks. Calvini tsükli reaktsioonide vaheühenditest saab taimes alguse ka mitmete lipiidide ja amonihapete süntees. Fotosünteesi tähtsus teistele organismidele
pumbatakse läbi selle kompleksi elektroni ülekandel vabanenud energia arvel luumenisse Ensüümkompleks NADPH2 sünteesiks ferredoksiin NADP + reduktaas ATP süntaas - ensüümkompleks ATP sünteesiks 8. Peaksite membraani valgusreaktsiooni osasid kujutaval joonisel ära tundma FS I ja FS II, vett lagundava kompleksi, elektrontranspordiahelaga seotud kandja valgud, ATPaasi, NADPH reduktaasi PS = FS Oxygen-evolving complex = vett lagundav kompleks Elektrontranspordiahelaga seotud kandja valgud on plastokinoon(plastoquinone), plastotsüaniin(plastocyanin) ja ferredoksiin(ferredoxin) ATPaas = ATP synthase FNR - ferredoksiin NADP+ reduktaas 9. Miks on FSII valgustpüüdva kompleksiga seotud vett lagundav kompleks? FS II valgustpüüdva kompleksiga on seotud vett lagundav kompleks, et asendada ergastatud
fotosünteesi abil);taimede osa looduses-fotosünteesi abiga kindlustataxe püsiv energiavoog,aineringe;fotosünteesi 2 funktsiooni:1.valgusenergia neelamine ning selle muundamine keelilisex energiax, 2.anorgaanilises aines oleva süsiniku sidumine orgaanilise aine koosseisu; 1.valgus neeldub klorofülli molekulidesse,neid ergastades,saadud energia abil lagundataxe veemulekule,hapnik vabaneb,energia kantaxe edasi vesinikun aatomiga ATP ja NADPH sünteesix; 2.ATP kasut. ära CO2 liitmisex ribuloosile,liidetaxe veel H,moodustub glükoos;taimed saavad elada fotosünteesita;ainete liikumine ksüleemis-vesi koos lahustunud ainetega liigub surnud rakkude õõntes või mööda rakukesti;turba teke-orgaaniliste ainete lagundamine tänu liigniiskele ja vähese hapnikuga kohale on aeglane,sis orgaanilised ained ladestuvad ja nendest tekib turvas,turvas on hea kütteaine, taimede
- Inimtegevusega sisepõlemismootorites kõrgetel temperatuuridel satud N samuti bisfääri - Lämmastikuväetiste tootmisega õhust. 2. Kiirgus taimkattes Päikesekiirguse mõjul taimed fotosünteesivad. Enamasti C3 fotosüntees, ekstreemsemates tingimustes C4 (nt. paksulehelisel taimedel) Kiirgus aktiveeribklorofülli molekuli ja sealt eraldub elektron , krolofüll võtab kaotatud elektroni tagasi vee molekulist. Vesinik seotakse NADPH´+ -ga ning viiakse üle fotosünteesi pimedusstaadiumisse (calvini tspklisse), mis ei toimu enam 3. Denitrifikatsiooni lähte-, vahe- ja lõpp-produktid. NO3´-NO2´...vaheastmed - N2O (lendub) - N2 (lendub) 4. kuidas on produktsioonibioloogia valdkond seotud jätkusuutliku arengu küsimustega? Kõige enam avaldub sfäärilinemõju lämmastikuringe ning NOx-ühendid kui sellest ei räägita nii palju. Juba poliitikute teadvusesse on aga jõudnud süsinikuringe, mis on oma olemuselt
on taimerakkude ja eukarüootsete vetikate organellid, milles toimub fotosüntees. Kloroplastidescneeldub päikesekiirgus ning vee ja süsihappegaasi abil toodetakse suhkruid. Kloroplastid annavad taimedele iseloomuliku rohelise värvuse. Kloroplastid võivad ka muunduda kromoplastideks. Kloroplastides püütakse Päikese valgusenergia ja saadud vabaenergia säilitatakse ATP-na(adenosiintrifosfaat ), mida kasutatakse NADP (nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat) redutseerimisel NADPH-ks läbi nende keeruliste protsesside toimubki fotosüntees. Ülesanded Kloroplastide põhifunktsioon on fotosüntees. Fotosüntees on looduses aset leidev protsess, mille käigus elusorganismid muudavad päikeseenergia keemiliseks energiaks. Fotosüntees toimub fotoaktiivsete pigmentide, näiteks klorofülli kaasabil. Anda taimedele roheline värvus. Seotus teiste organellidega
Valgusstaadium • Toimub ainult valgus-energia mõjul kloro-plastide sisemembraanidel • Põhiprotsess on vee fotolüüs, mille käigus tekivad hapnik ja vesinik. • Vesinik seotakse NADPH2 -ks • Hapnik läheb rakust välja • Valgusenergia seotakse ATP-sse Pimedusstaadium • Toimub nii pimeduses kui valguse käes kloroplastide stroomas • Toimuvad paljud järjes-tikused reaktsioonid, mille käigus NADPH 2 -st ja süsihappegaasist tekib glükoos (Calvini tsükkel) • Vajalik energia saadakse ATP-st Fotusünteesi tähtsus: • Fotosünteesil toodetud orgaaniline aine on toiduks heterotroofidele • Fotosünteesil seotud energiat kasutavad heterotroofid • Fotosünteesil eralduv hapnik on vajalik hingamiseks • Fotosünteesil eralduv hapnik on tekitanud Maad kaitsva osoonikihi Glükolüüs: • Toimub tsütoplasmavõrgustikus
elektronile. See elektron saadakse vee molekuli lõhustumisel. Vesi siseneb taime juurte kaudu mullast ja on fotosünteesi toimumiseks üks olulisi komponente. Vee lõhustumiseks on samuti vaja päikeseenergiat. Vee molekul lõhustub hapnikuks ja vesinikioonideks. Moodustunud hapnik väljub lehest läbi õhulõhede ja seda kasutavad hingamiseks teised taimed ja loomad ning ka seesama taim ise. 2H20 = 4H+ + O2 Valgusstaadiumis moodustub reduktiivjõud NADPH+H+, mis on vajalik pimedusstaadiumi reaktsioonideks. Valgusstaadiumis sünteesitakse ka ATP kui rakus on olemas fosfaatioonid, ADP ja vastav ensüüm (ATP-süntetaas). Pimedusstaadium ehk Calvini tsükkel Järgnevateks reaktsioonideks pole enam valgust vaja. Siin kasutatakse salvestatud ATP-d ja vesinikioone CO2 sidumiseks ja biokeemiliseks muundamiseks. CO2 tuleb õhulõhede kaudu õhust ja see seotakse 5 süsinikuga ühenditele. Selle tulemusena moodustub 6 süsinikuga ühend, mis on
18. glükoosi lagundamisel võib eristada glükolüüsi, tsitraaditsüklit ja hingamisahela reaktsioone 19. püroviinamarihape moodustub glükolüüsi tulemusena 20.Anaeroobse glükolüüsi produktideks võivad olla piimhape ja etanool 21.kloroplastides sisalduvate klorofüllo molekulide elektronid ergastuvad valgusenergia toimel 22.hingamisahela reaktsioonide tulemusena eralduvad ATP ja HO molekulid 23.Calvini tsükli reaktsioonides vajatakse fotosünteesi valgusstaadiumis sünteesitud ATP ja NADPH 24.Kui rakkudes ei ole piisavalt hapniku, siis moodustub glükoosi lagundamisel piimhape. Küsimused Kuidas on organismid oma aine-ja energiavahetuse kaudu seotud väliskeskkonnaga? Saab vajalikke aineid(energia, kehaehitus) Milline on ATP osa assimilatsiooni - ja dissimilatsiooniprotsessides? Assimilatsioonis kasutatakse ATPd mis sünteesitakse dissimilatsiooniprotsessi Miks ei saa hapnikupuudusel toimuda aeroobne glükolüüs?
ehitus)? VALGUSSTAADIUMIS vajatakse Päikese valgusenergiat. Reaktsioonid toimuvad kloroplasti tülakoidi membraanis. Selle reaktsiooni tulemusena laguneb vee molekul vesinikioonideks ja hapnikuks. Hapnik on reaktsiooni jääkprodukt. PIMEDUSSTAADIUMI reaktsioonid toimuvad kloroplasti stroomas kohe pärast valgusstaadiumit. Ei vajata valgusenergiat, see aga ei tähenda, et peaksid kindlasti pimedas kohas toimuma. Siin saab süsinikdioksiidist ja NADPH-ga kohale toodud vesinikioonidest mitme järjestikuse reaktsiooni lõpptulemusena glükoos. Selleks vajaminev energia saadakse valgusstaadiumis tehtud ATP molekulidest. Pimedusstaadiumi reaktsioonid moodustavad tsükli, mida nimetatakse selle avastaja Melvin Calvini auks Calvini tsükliks.
FOTOSÜNTEES rohelistes taimedes toimuv protsess, kus valgusenergia abil sünteesitakse orgaanilisi ühendeid H O Lähtained C O Lähtained Valgusstaadium Pimedusstaadium O Saadused glükoos Saadused 1. fotofüüsikalised reaktsioonid 1. Calvini tsükkel 2. H O lagundamine 3. ATP süntees, tekib NADPH 6CO + 12 H O = C6 H O + 6O + 6H O FOTOSÜNTEESI TÄHTSUS : *Fotosünteesi käigus eraldub hapnik,mida organismid vajavad hingamiseks *Toitained tekivad nii taime jaoks kui ka teistele organismidele *võimaldab osoonikihi teket *osaleb aineringluses *Vähendab kasvuhoone efekti fotosünteesi ajal RAKU HINGAMISE (AEROOBNE GLÜKOL.) JA FOTOSÜNTEESI VÕRDLUS OMADUSED FOTOSÜNTEES RAKU HINGAMINE 1
Protsessi käigus eralduvad järk järgult CO 2 molekulid ja H aatomid. Valgusstaadium- fotosünteesi esimene etapp, mille käigus ergastatud klorofülli energia arvel toimub ATP süntees, NADPH2 moodustumine ja eraldub O2. Protsess toimub nähtava valguse olemasolul. Vee fotooksüdatsioon- vee molekulide lagundamisreaktsioonide jada fotosünteesi valgusstaadiumis, mille käigus klorofülli molekulide ergastatud elektronide energia arvelt toimub ATP süntees, NADPH 2 moodustumine ja eraldub O2. Protsess toimub nähtava valguse olemasolul.
Ergastunud pigmendid teostavad vee fotooksüdatsiooni (fotolüüsi) ja ATP sünteesi. 2H 2O 4H+ + 4e- + O2 Eralduvad vesinikioonid ja elektronid. Eraldunud hapnik difundeerub läbi õhulõhede atmosfääri. 48) Kirjelda fotosünteesi pimedusstaadiumi ehk Calvini tsüklit (kus toimub, lähteained, lõpp-produktid). Pimedusstaadiumi reaktsioonid toimuvad kloroplastide stroomas. Süsinikuallikaks on õhulõhede kaudu taime sisenenud CO2. Vesinikuallikaks on NADPH. Energiaallikaks on vaja ATP molekule. CO 2 + NADPH C6H12O6 + H2O + NADP. Lähteained on CO2 ja vesinikuallikas NADPH2; lõpp-produktid on kolmesüsinikulised suhkru molekulid, mille omavahelisel ühinemisel saadakse glükoos, mis omakorda moodustab esmase säilitustärklise. 49) Kuidas on omavahel seotud fotosünteesi pimedus- ja valgusstaadium? Valgusstaadiumi reaktsioonide tulemusena saadakse ATP ja NADPH2 molekulid, mis on vajalikud fotosünteesi pimedusstaadiumi reaktsioonide toimumiseks
TCC üldvõrrand 3NADH = 9ATP 1FADH2 = 2ATP 1ATP Kokku: 12ATP Kuna C6H12O6 2CH3CO~SkoA, siis energiasaagis 2 x 12 ATP = 24 ATP Energiasaagis konversioonil glükoos atsetüülKoA 4NADH = 12ATP 2ATP Kokku: 14ATP Summaarne energiasaagis = 38 ATP TCC INTERMEDIAADID ON LÄHTEPUNKTIDEKS PALJUDELE BIOSÜNTEESI RADADELE Punktiirjoonega on märgitud reaktsioonid, mis täiendavad TCC intermediaatide varu. GLÜKOOSI OKSÜDATSIOONI PENTOOSFOSFAATNE RADA · NADPH ja ribuloos-5-fosfaadi tootmine teatud rakkude tsütoplasmas (maksa-, piimanäärme-, rasvkoe jt. rakud). · 3C, 4C, 5C, 6C ja 7C suhkrute pöörduvad üleminekud (koostöös glükolüüsi ensüümidega). Oksüdeeriva staadiumi summaarne võrrand NADPH - vesiniku doonor redutseerivates biosünteesi protsessides (rasvhapete ja steroidide süntees, fotosüntees) Ribuloos-5- P - nukleotiidide biosünteesi lähteühend Mitteoksüdeeriva stadiumi summarne võrrand RASVHAPETE KATABOLISM
Kui pH läheb happeliseks siis aktiveerub violaksantiini de-epoksüdaas. De-epoksüdaas lagundab sidemed ja saadakse zeaksantiin. Millel põhineb karotinoidide fotosünteesi aparaati kaitsev toime Karotinoidide abiga toimub üleliigse valgusenergia muutmine soojuseks. Samuti osalevad reaktiivsete hapniku vormide kõrvaldamisel. Kirjutage fotosünteesi valgusstaadiumi produktid ja selgitage, milleks neid kasutatakse fotosünteesi biokeemilises faasis valgusreaktsioonide produktid on ATP ja NADPH, neid on vaja Calvini tsüklis. ATP'd on vaja redutseerimiseks, Rubisco ja suhkrute aktiveerimiseks. NADPH'd on ka vaja redutseerumisel. [Calvini tsükli (kui see käib 3 korda ringi) produktiks on 1 glütseeraldehüüdfosfaadi molekul.] Selleks, et ühte CO2 molekuli assimileerida on vaja 2 NADPH'd ja 3 ATP molekuli. Tooge mõni näide hapniku aktiivühendite kahjulikust toimest Hapniku aktiivühend põhjustavad membraanide küllastumata rasvhapete ja kaksiksidemete
tingimus, on tegemist obligatoorsete aeroobidega · anaeroobsed organismid võimelised eksisteerima ilma hapnikuta, kui ei talu üldse hapnikku, on tegemist obligatoorsete anaeroobidega · fakultatiivsed anaeroobid võimelised kohanema anaeroobsete tingimustega, kasutades siis teisi elektronide aktseptoreid. Katabolism ja anabolism Katabolism on lagunedavad metabolismirajad, anabolism on biosünteesivad rajad. Katabolism on harilikult energiat tootev (ATP, NADPH), anabolism vaja energiat. Anabolism ja katabolism toimuvad rakus samaaegselt. Metaboolsete radade regulatsioon Rajad koosnevad järjestikudest ensüümireaktsioonidest, kus ensüümid võivad esineda eraldiasetsevate valkudena, multiensüümsete kompleksidena või membraan-seotud süsteemidena. Kataboolsed rajad koonduvad vähesteks lõpp-produktideks, anaboolsed rajad hargnevad paljudeks biomolekulideks. Mõned rajad toimivad nii katabolsimis kui ka anabolismis
Fotosünteesi reaktsioonid toimuvad kahes etapis. Esimene etapp - valgusstaadium. - Vajab valgusenergiat - Reaktsioonid toimuvad tülakoidides - Valgus ergastab pigmendi molekule, neist eralduvad elektronid - Klorofülli molekulid võtavad kaotatud elektroni tagasi vee molekulist. - Jääkprodukt on hapnik. - Toimub ATP süntees. Teine etapp - pimedusstaadium. - Pole vaja valgust - Reaktsioonid toimuvad stroomas - Lähteained: CO2 ja NADPH-ga kohale toodud H - Tulemus glükoos Fotosünteesi tähtsus - Toodetakse inimese eluks vajalikke materjale nt: puit, puuvill. - Fossiilsete kütuste teke - Kontrollib atmosfääri CO2 ja O2 taset. - Toodetakse rakuhingamiseks vajalikku hapnikku. Millest sõltub fotosünteesi intensiivsus? - Valguse intensiivsus - temperatuur - CO2 hulk õhus - Taime varustatus vee ja mineraalainetega nt: N ja F - Taime füsioloogiline seisund nt: haiguse korral, puhkeseisundis
abil. Rasvhapete A-OX ja Refsum haigus Rasvhapete oksüdatsiooni minoorne rada, mis lõhustab aktiveerimata rasvhapet ning esineb närvikoes ER ja mitokondrite koostööna. Refsum haigus- pärilik mittekoordineeritud polüneuriit, mida põhjustab fütanaadi kuhjumine maksas ja veres A-OX-raja defektsuse tõttu. Sümptomiteks on neuroloogilised häired, võrkkestapõletik, naha ja luude anormaalsus. Rasvhapete Oomega-oksüdatsioon Toimub ER-s cytP450 ja NADPH ning hapniku toimel. Rasvhapete de novo süntees Palmitaadi süntees, mis toimub maksas ja lakteerivas piimanäärmes. Süntees toimub tsütoplasmas, sünteesi viib läbi multiensüümsüsteem rasvhappe süntaas Palmitaadi sünteesi võtmesündmus on atsetüül-CoA karboksüülimine malonüül-CoA-ks biotiini osalusel. Süntees vajab veel NADPH, bikarbonaati, mangaani, pantoteenhapet. Sünteesi aktiveerib tsitraat ja pärsib
Võimaldab valgusenergiat kasutades sünteesida CO2-st ja H2O-st orgaanilisi ühendeid (glükoosi) Valgusstaadium-Reaktsioonid kloroplastide sisemembraanides valgusenergia mõjul. Klorofülli molekulid koos teiste pigmentidega moodustavad fotosüsteemi. Eralduvad vesinikioonid ja elektronid. Eralduv hapnik läheb läbi õhulõhede atmosfääri. Vesi lõhustatakse. Valgusenergia muutub keemiliseks energiaks. Reaktsiooni tulemusena tekib ATP ja NADPH2 molekulid. ATP süntees NADP+/NADPH-molekul, millele valgusstaadiumi reaktsioonide käigus liidetakse elektron ja vesinikioon ning mida kasutatakse glükoosi tootmisel (pimedusstaadiumis) Seob vesinikke ja kannab need pimedusstaadiumisse Fotosünteesi olulisus-Muudab valgusenergia keemiliseks energiaks Glükoos on paljudele organismidele pühiline energiaallikas Fotosünteesivad organismid on toiduahela esimene lüli ehk heterotroofide toit
Sahhariidide imendumine: Glükoos, galaktoos ja mannoos resorbeeritakse aktiivselt, sümpordis naatriumiga. Fruktoos resorbeeritakse kergendatud difusiooni teel. Monooside imendumine toimub suhteliselt kiiresti ja on peensoole algusosas praktiliselt lõppenud. Imendunud monoosid satuvad värativeeni kaudu maksa. 35. Glükolüüs ja glükogenolüüs Glükoosi lõhustamisega konverteerib organism glükoosis oleva energia endale sobivasse vormi (ATP, NADPH) ja toodab vajalikke metaboliite. Glükoosi oksüdatiivne lõhustumine on glükolüüs. See on glükoosi metaboliseerumise keskne protsess. Sõltuvalt tingimustest on glükoosi lõhustumine osaline v. lõplik. Osaline lõhustumine toimub hapniku defitsiidi tingimustes (intensiivselt töötavas lihasrakus, mitokondrite puudumise tõttu erütrotsüütides jne.) ja see on anaeroobne glükolüüs (vt. täpsemalt küsimus 36!). Selles rajas lõhustub glükoos laktaadiks e. piimhappeks.
Nukleotiidi fosforüülrühmale liituvad fosfoanhüdriidsideme abilfosfaatrühmad, mis pärinevad nt ATPlt või GTPlt. Millise üldnimetusega ensüümid vastavaid reaktsioone katalüüsivad, kui on teada, et reaktsiooni tulemusel toimub fosforüüli ülekanne? Kinaasid (Transferaasid) 9. DNA-sse kuuluvad desoksüribonukleotiidid sünteesitakse ribonukleotiidi reduktaasi toimel vastavatest ribonukleotiididest. Milline koensüüm varustab sünteesi katalüüsivaid ensüüme elektronidega? NADPH 10. DNA sünteesiks vajalike tümiin-nukleotiidide sünteesi eest vastutab ensüüm tümidülaadi süntaas. Mis on selle ensüümi substraadiks? dUMP (desoksüuridiinmonofosfaat) 11. Katabolismi lõpp-produktina tekib primaatide, lindude ja mitmete teiste organismide rakkudes puriinidest kusihape, pürimidiinidest aga -alaniinina, mis organismist väljutatakse. O H H N N O +
mõnedes bakterites (näiteks tsüanobakterites). 6. Mida on fotosünteesi toimumiseks vaja? – Valgus, temperatuur, hapnik, süsihappegaas, toitained, vesi. 7. Mis tekib fotosünteesi käigus? – Suhkrud, orgaanilised ühendid, hapnik. 8. Mis toimub ja mis tekib fotosünteesi valgusstaadiumis? – Valgus on vajalik, mille tulemusena valgusenergia muudetakse keemiliseks energiaks, tootes ATP-d ja NADPH-d. Toimub tülakoidide membraanis. 9. Mis toimub ja mis tekib fotosünteesi pimedusstaadiumis? – Valgus pole vajalik ja selle käigus süsinikdioksiidist toodetakse glükoosi. Toimub kloroplastide stroomas. 10. Fotosünteesi roll looduses (3) – 1) Selle käigus toodetud süsivesikud on paljudele organismidele toiduks ja energiaallikaks, lisaks saab neilt puitu ja puuvilla. 2) võimaldab muundada valgusenergia keemiliseks energiaks
mulla mikroorganismid (Azotobacter, Klebsiella, Clostridium) liblikõieliste taimede juurte sümbiootiline mikrofloora (Rhizobium) vesikeskkonnas elavad tsüanobakterid · Mineraalne N: NO3-, NH4+ Assimileerivad taimed ja mikroorganismid · Orgaaniline N: valgud, aminohapped, nukleotiidid jt. N-ühendid Assimileerivad loomad NB! Osaliselt seotakse ka metabolismis tekkiv NH4+ (NH3) LÄMMASTIKU FIKSEERIMISEKS ON VAJA · Ensüüme - NITROGENAASID · Redutseerijaid - NADH, NADPH · Energiat ATP VALGUD TÄISVÄÄRTUSLIKUD JA MITTETÄISVÄÄRTUSLIKUD Sisaldavad kõiki 10 asendamatut e. essentsiaalset aminohapet Vai Leu Me Thr Met Lys Phe Trp Arg His NB! NB! Valgud ei ladestu organismis! NH3 (NH4+) ASSIMILEERIMINE Kõik organismid on võimelised siduma NH4+ orgaanilise aine molekulidesse. Keskset rolli omavad: · GLUTAMAAT (Glu) · GLUTAMIIN (Gln) · KARBAMOÜÜLFOSFAAT PROTEOLÜÜS VALKUDE HÜDROLÜÜS
1. Valguststaadium - - vajatakse valgusenergiat - reaktsiooid toimuvad tülakoidi membraanis - vaja on vett (laguneb fotooksüdatsioonil) - väljub hapnik (õhulõhede kaudu) 2. Pimedusstaadium - - reaktsioonid toimuvad kloroplasti stroomas - vajaminev energia saadakse valgusstaadioumis tehtud ATP molekulidest - vaja on süsinikdiooksiidi - lõpptulemuseks glükoos 6CO2 + 6H2O + päikesevalgus = 6C6H12O6 + 6O2 NADP+/NADPH - molekul, millel valgusstaadiums liidetakse elektron ja vesinikioon ning pimedusstaadiumis kasutatakse glükoosi tootmisel Fotosüntees tähtsus: 1. võimaldab muundada valgusenergia keemliseks energiaks 2. võimaldab toota süsinikdioksiidist suhkruid 3. selle käigus toodetakse rakuhingamiseks vajalikku hapnikku 4. selle käigus toodetud süsivesikud on paljudele organismidele toiduks ja energiaallikaks 5. kontrollib atmosfääri süsinikdioksiidi ja hapniku taset
Fotosüntees on orgaaniliste ainete valmistamine veest ja CO2 -st päikeseenergia abil. Eraldub hapnik O2 ! FS toimub taimelehtede põhikoerakkude kloroplastides. I. FS mitmeastmeline protsess: 1. Valgusenergia neelamine ja selle muundamine keemiliseks energiaks. a)Valgus ergastab klorofülli molekulid. b) Kogutud energia suunatakse reaktsioonitsentritesse. c) Seal lagundatakse H2O molekulid-vee fotolüüs. d) O2 vabaneb, H-molekulid annavad energia ATP ja NADPH sünteesiks. Seda etappi nim valgusfaasiks - vajab toimumiseks valgust. 2. Calvini tsükkel (CO2glükoos) C pannakse orgaanilisele ainele juurde nn C- assimilatsioon. a) ATP energia abil lisatakse CO2 ribuloosile (5C) b) NADPH lt võetakse H. c) tekib 6 C-ga glükoos (C6H12O6). Neid protsesse katalüüsib ensüüm Rubisco. Seda etappi nim pimefaasiks ei vaja toimumiseks valgust. KOKKUVÕTE:
hapniku asemel elektronide aktseptoritena. Sel viisil toimub N 2 tagastamine atmosfääri. 6. Millises vormis (mille koostises) olevat lämmastikku on võimeline omastama valdav enamus organisme? NH4+ - koostises. 7. Ammooniumi lülitumine orgaanilistesse molekulidesse toimub põhiliselt kolme tüüpi reaktsioonide abil. Otsustage, milline ensüüm millist reaktsiooni katalüüsib. Reaktsioon Ensüüm A. -ketoglutaraat + NH4++ NADPH glutamaat + NADP+ I. Karbamoüülfosfaadi süntetaas B. HCO3- + NH4+ +2 ATP H2N-COO-PO32- II. Glutamiini süntetaas C. Glutamaat + NH4++ATP Glutamiin + ADP+Pi III. Glutamaadi süntaas 8. Ammooniumi lülitumisel orgaanilistesse molekulidesse on võtmepositsioonis kaks aminohapet. Nimetage, millised ja kirjutage nende struktuurivalemid. Glutamiin (C5H10N2O3) ja glutamaat (C5H9NO4). 9
keskne positsioon AH metabolismis Glu oksüdatiivne desamiinimine α-ketoglutaraadiks toimub glutamaadi dehüdrogenaasi toimel. Ensüümi on rohkesti maksas ja neerudes, leidub ka teistes kudedes. Glu on ainus AH, mille desamiinimine toimubväga kiiresti ja efektiivselt. Ka seetõttu on tal keskne positsioon AH metabolismis. Glu dehüdrogenaasi koensüümideks on NAD ja NADP. Reaktsiooni suund sõltub Glu ja AKG suhtelisest kontsentratsioonist, suhetest NADPH/NADP ja NADH/NAD. Glu dehüdrogenaas on lämmastiku metabolismi üks võtmeühendeist. Ta töötab mitokondrite maatriksis. AH katabolism ja süntees on suurel määral aminotransferaaside ja Glu dehüdrogenaasi koostöö. Glu oksüdatiivsel dehüdrogeenimisel on koensüümiks NAD, taandava amiinimise puhul NADPH. Katabolism: aminohape ja AKG -> aminotrasnferaas -> α-ketohape ja Glu.... Glu ja NAD – >Glu dehüdrogenaas –> AKG, ammoniaak, NADH. Süntees: vastupidi :) 9
2 2 ühendeid. Etapid: 1. Valgusstaadium • Reaktsioonid kulgevad kloroplastide tülakoidi mebraanides ainult valgusenergia mõjul. • Ergastunud pigmendid teostavad vee fotooksüdatsiooni (fotolüüsi) ja ATP sünteesi. Eralduvad vesinikioonid ja elektronid. • Eraldunud hapnik difundeerub läbi õhulõhede atmosfääri. • Ergastunud pigmendid osalevad NADPH moodustamisel • Valgusstaadiumis on valgusenergia muundatud keemiliseks energiaks ja hapnik on vabanenud atmosfääri. • Reaktsioonide tulemusena saadakse ATP ja NADPH molekulid, mis on vajalikud fotosünteesi pimedusstaadiumi reaktsioonideks. 2. Pimedusstaadium ehk Calvini tsükkel Pimedusstaadiumi reaktsioonid toimuvad kloroplastide stroomas. • Süsinikuallikaks on õhulõhede kaudu taime sisenenud CO . 2
annaabi.ee 
