V

1
VÄXTFYSIOLOGI

• Fortbildningscentralen hösten 2005
• Peter Rönnberg

2
Kurslitteratur

• Biology of Plants
• Raven PH, Evert RF och Eichhorn SE
• WH Freeman 1998/2003 (6e eller 7e upplagan)
• Kap. 2-4, 6-7, 29-31

3
Tenttillfällen

• Tentamensdatum
• (v. 43 27.10), v. 45 10.11, v. 47 24.11, (v. 49
  8.12)
• Torsdagar kl. 18.00 - 22

4
Innehåll

• Växtcellen
• Växtcellens delar, organeller
• Cellmembranens byggnad och funktion
• Respiration
• Fotosyntes
• Yttre faktorer och tillväxt
• Näringsämnen
• Transport av vatten och näringsämnen i växten

5
1. Växtcellen

• Växten är uppbyggd av kemiska beståndsdelar
• De viktigaste kol, C väte, H kväve, N syre,
  O fosfor, P svavel, S
• Cellerna uppbyggda av olika kemiska komponenter
• Endel små, H2O (molekyler) och K (joner), medan
  andra stora, t.ex. kolhydrater, lipider,
  proteiner och nukleinsyror

6
1. Växtcellen forts.

• Organiska molekyler
• Kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror
• Kolhydrater (socker)
• monosackarider, disackarider och polysackarider
• Dessa har alla olika funktioner

7
1. Växtcellen forts.

• Monosackarider fungerar som byggnadsmaterial och
  energikälla
• Hydrofila gt löser sig lätt i vatten
• Biologiskt viktiga monosackarider
• - glyceraldehyd (C3H6O3)
• - ribos (C5H10O5)
• - glukos (C6H12O6)

8
1. Växtcellen forts.

• Olika sockerarter transporteras ofta i växten som
  disackarider
• T.ex. sackaros från fotosyntetiserande celler
• När disackarider spjälks upp i monosackarider
  frigörs energi gt hydrolys
• Polysackarider består av många monosackarider som
  är sammankopplade, t.ex. stärkelse och cellulosa

9
1. Växtcellen forts.

• Polysackarider lagras i form av stärkelse i
  växterna
• Stärkelsen bryts ned då mono- eller disackarider
  behövs för tillväxt och/eller utveckling
• Viktigt byggnadsmaterial, växtens cellvägg är i
  huvudsak uppbyggd av polysackariden cellulosa

10
1. Växtcellen forts.

• Skillnad mellan stärkelse och cellulosa
• gt alfa-glukos och beta-glukos
• Monosackarider byggstenar och energikällor
• Disackarider sockertransport inom växten
• Polysackarider energilagring och
  byggnadsmaterial

11
1. Växtcellen forts.

• Lipider
• Fetter och oljor, triglycerider
• Opolära, hydrofoba gt olösliga i vatten
• Fungerar som energilagrande molekyler
• Mättade och omättade fetter
• De flesta växtfetter är omättade

12
1. Växtcellen forts.

• Fosfolipider bygger upp cellmembranen

www.whfreeman.com
13
1. Växtcellen forts.

• Vaxbildande lipider kutin och suberin
• Bildar barriärer som förhindrar vattenavdunstning
  från växten
• Kutikulan skyddar de yttersta cellskikten på
  stammar och blad
• Steroider/steroler är lipider som också
  förekommer i växtceller

14
1. Växtcellen forts.

• Proteiner
• I de flesta organismer består torrvikten till 50
  av proteiner
• Består av aminosyror ordnade i en lineär sekvens
• Alla aminosyror består av en aminogrupp
• (-NH2), en karboxylgrupp (-COOH) och en väteatom
  bunden till en kolatom

15
1. Växtcellen forts.

• Alla aminosyror har dessutom en R-grupp som
  bestämmer vilken aminosyra det är fråga om
• 20 olika aminosyror ingår i proteiner
• Aminosyrorna binds samman med peptidbindningar
  och bildar en polypeptid

www.whfreeman.com
16
1. Växtcellen forts.

• Protein har olika strukturer
• Primärstruktur
• Sekundärstruktur (alfa-helix, beta-sheet)
• Tertiärstruktur
• Kvaternärstruktur

Beta-sheet
Alfa-helix
www.whfreeman.com
17
1. Växtcellen forts.

• Protein kan brytas ned av t.ex. hög temperatur
  eller förändringar i pH gt denaturering
• Enzymer är proteiner som fungerar som
  katalysatorer
• Möjliggör snabba reaktioner vid relativt låga
  temperaturer

18
1. Växtcellen forts.

• Nukleinsyror
• Består av en fosfatdel, socker och bas
• Sockerdelen kan vara ribos eller deoxiribos
• Ribonukleinsyra (RNA) och deoxiribonukleinsyra
  (DNA)
• Energin som behövs för de flesta reaktioner i
  cellen fås från ATP (adenosintriphosphate)

19
1. Växtcellen forts.

• Vid hydrolys av ATP erhålls energi ADP
  (adenosin diphosphate)

Växtcellens uppbyggnad forts.
www.whfreeman.com
20
1. Växtcellen forts.

• Sekundära metaboliter
• Alkaloider
• Terpenoider
• Fenoler
• Ex. nikotin, tanniner, gummi, morfin
• Många har viktig kommerciell eller medicinsk
  användning

21
1. Växtcellen forts.

• Frågor
• Varför lagras energi i form av stärkelse?
• I vilka strukturer förekommer proteiner?
• Vad händer när ett protein denatureras?
• Vilken fördel är det för växten att lagra energi
  i form av fetter istället för kolhydrater?

22
2. Växtcellens delar, organeller

• Celler är livsviktiga komponenter
• De minsta organismerna består av en cell, de
  största av flera miljarder
• Robert Hooke cellen, små rum
• Cell teorin
• Alla organismer består av celler
• Alla kemiska reaktioner sker i cellerna
• Celler uppstår från andra celler
• Cellerna innehåller arvsanlagen

23
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Prokaryota och eukaryota celler
• Alla celler har en yttre membran (plasmamembran)
  och innehåller det genetiska materialet
• Prokaryota celler
• Genetiska materialet består av en stor rund
  molekyl av DNA gt kromosom
• Saknar egentlig kärna gt nukleoid

24
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Eukaryota celler
• DNA lineärt och bundet med speciella proteiner,
  histoner, formar kromosomer
• Finns i kärna med dubbla membraner, nukleus
• Övriga komponenter i cellen befinner sig i
  cytoplasman
• Olika delar med olika funktioner

25
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Prokaryota cellers plasmamembran omges av en
  cellvägg
• Eukaryota celler (växter) har cellvägg av
  cellulosa

prokaryot vs. eukaryot
www.whfreeman.com
26
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cell från majsplanta med cellvägg, kärna och
  tydliga kloroplaster

www.whfreeman.com
27
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• VÄXTCELLEN
• Består av cellvägg och protoplast
• Protoplasten består av cellens cytoplasma och
  kärnan (nukleus)
• Cytoplasman innehåller cellorganellerna
• Cytosol vätskan mellan organellerna

28
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Växtceller har vätskefyllda blåsor, vakuoler
• Vakuolerna stöds av en enkel membran, tonoplast
• Cytoplasman är i rörelse, cytoplasmisk strömning
  (cyclosis), underlättar utbyte av material inom
  cellen och med omgivningen

29
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Växtcellens komponenter
• Cellväggen mellanlager
• primär vägg
• sekundär vägg
• plasmodesmata
• Protoplasten Kärnan kärnmembraner
• nukleoplasma
• kromatin
• nukleol

30
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cytoplasman plasmamembran
• cytosol
• Organeller med dubbla membraner
• plastider
• mitokondrier
• Organeller med enkel membran
• peroxisomer
• vakuoler
• endoplasmiskt nätverk (retikulum)
• Golgiapparaten
• blåsor
• Cytoskelett (mikrotubuli, aktin filament)
• ribosomer
• oljedroppar

31
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cellkärnan
• Två viktiga uppgifter
• Kontrollerar pågående funktioner i cellen (t.ex.
  protein som bildas)
• För vidare den genetiska informationen vid
  celldelning
• Har dubbel membran med porer för transport mellan
  kärnan och cytoplasman

32
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Kromatin i kärnan, uppbyggt av DNA och proteiner
• Vid celldelning ses kromatinet som enskilda
  kromosomer
• Olika antal kromosomer hos olika organismer, ex.
  backtrav (Arabidopsis thaliana) 10, vete
  (Triticum vulgare) 42
• Gameterna (könscellerna) haploida
• Somatiska cellerna diploida

33
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Plasmamembranen
• Består av tre lager
• Har många viktiga uppgifter
• Ex. möjliggör transport av ämnen in och ut ur
  cellen, kontrollerar bildningen av cellulosa för
  cellväggen, för vidare signaler till cellen

34
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Kloroplaster, plastider
• Karakteristiska för växtcellen
• Består av ett system av inre membraner,
  thylakoider
• Olika typer av plastider kloroplaster,
  kromoplaster, leukoplaster
• Plastiderna är indelade enligt vilka pigment de
  innehåller

35
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Kloroplaster innehåller klorofyll och karotenoid
  pigment
• Finns inbäddade i thylakoidmembranerna och
  absorberar ljus som driver fotosyntesen
• Kloroplasterna kan flytta på sig i cellen
  beroende på ljuset
• Kromoplaster pigmenterade plastider av olika
  storlek

36
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Saknar klorofyll
• Syntetiserar karotenoider som ger gul, orange
  eller röd färg åt många blommor, löv, vissa
  frukter och rötter (t.ex. morot)
• Leucoplaster saknar pigment och inre membraner
• Kan bilda stärkelse och andra substanser

37
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Plastider innehåller eget DNA och ribosomer

www.whfreeman.com
38
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Mitokondrier
• Har dubbla yttre membraner och en veckad inre
  membran, cristae
• Mindre än plastider
• Cellandningen sker i mitokondrierna
• 100-1000-tals mitokondrier/växtcell, beroende på
  behovet av energi (ATP)

39
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Semiautonoma på samma sätt som plastiderna
• Teorier om att mitokondrier och kloroplaster
  uppstått från bakterier

www.whfreeman.com
40
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Peroxisomer, vakuoler, oljedroppar
• Peroxisomer sfäriska organeller med enkel
  membran
• Förekommer nära mitokondrier och kloroplaster,
  viktiga i samband med fotorespirationen
• Typ av peroxisomer, glyoxysomer, innehåller
  viktiga enzymer

41
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Vakuoler membranomgivna regioner i cellen som är
  fyllda med cellsaft
• Cellsaften består främst av vatten och andra
  ämnen beroende på växten
• Små vakuoler kan gå samman och bilda en stor
• 90 av cellens volym kan upptas av vakuolen

42
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Ger stadga åt cellen och är viktiga
  förvaringsplatser
• Lagrar olika pigment, antocyaniner, ger färg åt
  t.ex. olika grönsaker
• Avlägsnar skadliga ämnen, bryter ned och
  återvinner

43
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Oljedroppar fettdroppar i cellen
• Förekommer i alla växtceller, speciellt i olika
  frukter och sädesslag
• Kan utgöra upp till 45 av cellvikten hos t.ex.
  jordnötter och solrosor

44
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Ribosomer, endoplasmatiskt nätverk,
  Golgikomplexet
• Ribosomer små partiklar med stora mängder
  proteiner och RNA
• Består av en liten och en stor subenhet
• Proteinsyntesen sker i ribosomerna gt aminosyror
  kopplas samman och bildar protein

45
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Flera ribosomer som deltar i proteinsyntesen
  kallas polysom
• Endoplasmatiskt retikulum (nätverk), ER, är ett
  tredimensionellt membransystem
• Två typer strävt (rough) ER (rER)
• slätt (smooth) ER (sER)

46
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Båda typerna förekommer inom samma cell och är
  sammankopplade
• Fungerar som ett kommunikationssystem i cellen gt
  förmedlar proteiner och lipider till olika delar
  av cellen

47
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Golgi-komplexet (apparaten) alla Golgi- kroppar
  i cellen
• Membransystem med bildande del, cis-Golgi och
  avgivande del, trans-Golgi
• Vesikler (blåsor) med olika ämnen sorteras, får
  en kod och skickas vidare
• Ämnen utsöndras ur cellen via blåsor, exocytos

48
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Endomembrana systemet utgörs av ER och
  Golgi-komplexet

www.whfreeman.com
49
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cytoskelettet
• Nätverk av proteinfilament hos eukaryota celler
• Medverkar vid många viktiga processer i cellen
• Hos växtceller två huvudtyper
• Mikrotubuli
• Aktinfilament

50
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Mikrotubuli långa, tunna, cylinderformade
• Uppbyggt av proteinet tubulin
• Polär struktur med plus och minus ända
• Många funktioner stödjer tillväxt
• viktiga i flageller

51
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Aktinfilament (mikrofilament) polära strukturer
  med skild plus och minus ända
• Består av proteinet aktin
• Många funktioner
• uppbyggnad av cellväggen
• förflyttning av organeller
• organisering av ER

52
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cytoskelettet

www.whfreeman.com
53
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cellväggen
• Viktigaste delen som skiljer växtcellen från
  djurcellen
• Ger stadga och förhindrar att cellen spricker vid
  vattenupptagning
• Begränsar cellens storlek och ger form åt cellen

54
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Spelar en viktig roll vid upptagning, transport
  och utsöndring av ämnen
• Består i huvudsak av cellulosa
• Nätverk av korsade molekyler, polysackarider som
  hemicellulosa och pektin
• Hemicellulosamolekylerna gör cellen mera flexibel
• Pektin bidrar till att hålla ihop cellväggen

55
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Cellväggen

www.whfreeman.com
56
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Övriga beståndsdelar t.ex. glykoproteiner,
  enzymer och lignin (vedämne, ger styrka)
• Primär och sekundär cellvägg
• Plasmodesmata sammankopplar celler
• Möjliggör transport av speciella ämnen mellan
  olika celler

57
(No Transcript)
58
2. Växtcellens delar, organeller forts.

• Frågor
• Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan växt-
  och djurceller?
• Cellvakuolens uppgifter?
• Cellväggens uppbyggnad och funktion?
• Orsakerna till lövträdens höstfärger

59
3. Cellmembranens byggnad och funktion

• Viktig funktion
• Reglerar in- och uttransport i cellen
• Semipermeabel
• Endel molekyler passerar lätt, t.ex. O2, CO2 och
  H2O
• Socker, aminosyror kräver transportprotein för
  att kunna passera

60
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Består av flera lager
• Två huvudtyper av lipider i växtcellers
  membraner
• Fosfolipider
• Steroler
• 40-50 lipider
• 60-50 proteiner

61
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Proteiner i cellmembranen

www.whfreeman.com
62
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Vattentransport
• De flesta celler omges av vatten
• De viktigaste molekylerna är lösta i vatten
• Vatten rör sig från ett ställe till ett annat
  beroende på skillnader i vattenpotentialen,
• ? (psi) hydrostatiska osmotiska trycket
• Från högre till lägre koncentration

63
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Bestäms av gravitationen, trycket och
  koncentrationen av lösta partiklar
• Om koncentrationen av lösta partiklar i vattnet
  ökar minskar vattenpotentialen
• Diffusion
• Från en högre till en lägre koncentration tills
  jämvikt uppstår

64
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• CO2 och O2 opolära gt löser sig i lipidlagret
• Koncentrationsgradient

www.whfreeman.com
65
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.
www.whfreeman.com
66
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Osmos
• Vatten genom en semipermeabel membran
• Isotona, hypotona och hypertona lösningar
• Turgortryck i växtceller
• Uppstår p.g.a. osmos och uppehålls när cellerna
  finns i en hypoton miljö
• Om cellerna placeras i en hyperton lösning
  skrumpnar de ihop gt plasmolys

67
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Plasmolys

www.whfreeman.com
68
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Jonupptagning
• De flesta substanser är polära och behöver
  transportprotein för att ta sig igenom en membran
• Transporten av joner kan vara passiv eller aktiv

69
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Passiv jonupptagning
• Enkel diffusion eller med ett transportprotein
• Två typer av transportprotein
• bärare koppling till ett protein i
  cellmembranen, medelsnabb transport
• kanalprotein bildar vattenfyllda porer genom
  cellmembraner

70
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Bärarprotein gt uniport, synport eller antiport

http//www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/motor/ind
ex.obrazky.html - The Institute of Chemical
Technology, Prague
71
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Aktiv jonupptagning
• Energikrävande process (ATP)
• Sker mot en koncentrations gradient
• Stimuleras av livlig cellmetabolism
• Transportprotein
• pumpar drivs av kemisk energi (ATP) eller
  ljusenergi, långsam transport

72
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Jonerna transporteras med olika hastigheter
• pumpar 500 /sekund
• bärare 500-10 000 /sekund
• kanalprotein 10 000-flera milj. /sekund

www.whfreeman.com
73
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Transport med blåsor
• Stora molekyler (proteiner, polysackarider) eller
  stora partiklar (mikroorganismer)
• Transporteras i blåsor som avges från membranen
  eller smälter samman med den
• Exocytos gt avges från cellen

74
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Endocytos gt in i cellen
• Fagocytos cellen äter
• Pinocytos cellen dricker
• Receptormedierad endocytos binder till ett
  receptorprotein

http//www.kscience.co.uk/as/module1/endocytosis.h
tm
75
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Cell-cell kommunikation
• celler vävnader organ
• Viktigt med fungerande kommunikation
  signalmolekyler
• Reception Transduktion - Induktion

76
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.
www.whfreeman.com
77
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Plasmodesmata
• Effektiv transportväg mellan celler
• T.ex. växtvirus kan spridas från cell till cell

http//fig.cox.miami.edu/cmallery/150/cells/organ
elle.htm
78
3. Cellmembranens byggnad och funktion forts.

• Frågor
• Vattenpotentialens betydelse
• Förklara begreppet plasmolys
• Skillnaden mellan isotona, hypotona och hypertona
  lösningar
• Skillnaden mellan aktiv och passiv transport
• Förklara begreppet turgortryck

79
4. Respiration

• Både växt- och djurceller använder
  födomolekyler som byggnadsmaterial vid
  celltillväxt och reparation och som energikälla
• Växtceller producerar själva sina födomolekyler
  genom fotosyntesen

http//www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/
BioBookGlyc.html
80
4. Respiration forts.

• För att en växtcell skall kunna syntetisera olika
  föreningar (t.ex. proteiner, lipider,
  nukleinsyror) krävs energi
• ATP är den viktigaste energikällan hos alla
  levande organismer
• Denna energi fås genom att förbränna en del av de
  bildade kolhydraterna i fotosyntesen
• gt RESPIRATION

81
4. Respiration forts.

• Respirationen är fotosyntesens motsats,
  energirika föreningar bryts ner till allt mindre
  molekyler ATP bildas

www.whfreeman.com
82
4. Respiration forts.

• Oxidation av glukos
• Glukosmolekylen splittras i mindre delar
• Respirationen indelas i fyra stadier
• Glykolysen
• Krebs cykel
• Elektrontransportkedjan
• Oxidativ fosforylering

83
4. Respiration forts.

• I glykolysen bryts den 6-kolvärda glukos
  molekylen ner till två 3-kolvärda pyruvat
  molekyler
• I Krebs cykel bryts pyruvatmolekylerna ner till
  CO2
• Elektronerna som frigörs går igenom
  elektrontransportkedjan

84
4. Respiration forts.

• Vid oxidativ fosforylering används den frigjorda
  energin till att bilda ATP från ADP och fosfat

www.whfreeman.com
85
4. Respiration forts.

• Glykoloysen
• Uppspjälkning av glukos, 6-kolvärd glukos gt 2
  st. 3-kolvärda pyruvatmolekyler
• Utförs i 10 steg, alla steg katalyserade av ett
  specifikt enzym
• Anaerobisk process i cytosolen
• ATP och NADH cellens energivinst i glykolysen

86
Glykolysens 10 steg
www.whfreeman.com
87
Glykolysen
88
4. Respiration forts.

• Glukos 2NAD 2ADP 2Pi gt
• 2 pyruvat 2NADH 2H 2ATP 2H2O
• Pyruvat viktig molekyl
• Tillgången till syre viktig pyruvat oxideras
  till CO2 mera ATP än i glykoloysen
• Sker i mitokondrierna

89
4. Respiration forts.

• Matrix och cristae i mitokondrierna
• Molekyler som pyruvat, ADP och ATP kan passera
  mellan membranerna

www.whfreeman.com
90
4. Respiration forts.

• Pyruvatmolekylerna oxideras och dekarboxyleras,
  koldioxid frigörs
• Bildas två acetylgrupper, CH3CO
• Acetylgrupperna fästs vid ett coenzym A, CoA gt
  acetyl-CoA

91
4. Respiration forts.

• Krebs cykel (citronsyracykeln)
• Uppkallad efter Sir Hans Krebs
• Startar alltid med acetyl-CoA
• Kombineras med oxaloacetat
• Varje runda i cykeln förbrukar en acetylgrupp
  och bildar en molekyl oxaloacetat

92
4. Respiration forts.

• Krebs cykel

oxaloacetat
citrat
www.whfreeman.com
93
4. Respiration forts.

• Elektronbärare gt NAD (nikotinamid adenin
  dinukleotid), FAD (flavin adenin dinukleotid)
• NADH och FADH2

94
4. Respiration forts.

• Elektrontransportkedjan och oxidativ
• fosforylering
• Aktiverar olika elektronbärare och enzymer i inre
  membranen i mitokondrien
• Elektroner bundna till NADH och FADH2 går från en
  högre till en lägre energinivå

95
4. Respiration forts.

• Protoner (H) pumpas ut och den frigjorda energin
  används till att bilda ATP av ADP och fosfat
• Enzymkomplex gt ATPsyntase
• 38 av energin lagras i form av ATP, resten avgår
  som värme

96
4. Respiration forts.

• Av en molekyl glukos får man 36 molekyler ATP

www.whfreeman.com
97
4. Respiration forts.

• Om syre saknas (anaerobiska förhållanden)
• Bildning av laktat eller etanol gt jäsning
• I många växt- och svampceller bryts pyruvat ned
  till etanol och koldioxid
• Glukos 2ADP 2Pi gt 2 Etanol 2CO2 2ATP
  2H2O

98
4. Respiration forts.

• 2 ATP / glukosmolekyl

www.whfreeman.com
99
4. Respiration forts.

• Frågor
• Respirationens olika delsteg
• Vad sker i glykolysen?
• Principen för Krebs cykel?
• Respiration i syrefria förhållanden

100
5. Fotosyntes

• Historik
• Reaktionen för fotosyntesen
• 3CO2 6H2O gt C3H6O3 3O2 3H2O

http//falcon.tamucc.edu
101
5. Fotosyntes forts.

• Ljuset indelat i ett spektrum

www.whfreeman.com
102
5. Fotosyntes forts.

• Det synliga ljuset mellan 380 och 750 nm
• Ljus med kort våglängd har mindre energi än ljus
  med lång våglängd
• Ljus består av partiklar av energi, fotoner eller
  ljuskvanta

103
5. Fotosyntes forts.

• Fotosyntespigment
• Pigment absorberar vissa våglängder av ljus
• Beskrivs med absorptionsspektrum, visar vid vilka
  våglängder pigmenten är biologiskt aktiva
• Pigmentens färg reflekterat ljus

104
5. Fotosyntes forts.

• Fotosyntespigmentens absorptionsspektrum

www.whfreeman.com
105
5. Fotosyntes forts.

• Fotosyntetiserande pigment
• Klorofyll, kartenoider, fycobiliner
• Klorofyll a (blågrönt)
• Fotosyntesens centrala pigment
• Förekommer hos alla fotosyntetiserande
  organismer, utom bakterier
• Absorptionstoppar vid 430 och 660 nm

106
5. Fotosyntes forts.

• Klorofyll b (gulgrönt)
• Hos fröväxter, ormbunkar, mossor och grönalger
• Kemiskt närstående klorofyll a
• Absorptionstoppar vid 450 och 640 nm

107
5. Fotosyntes forts.

• Klorofyll c
• Hos kiselalger, brunalger, dinoflagellater
• Absorptionstoppar vid ca 450 nm
• Chlorobiumklorofyll
• Hos gröna svavelbakterier
• Närbesläktat med klorofyll a

108
5. Fotosyntes forts.

• Bakterieklorofyll
• Hos purpurbakterier, avviker från de övriga
• Absorptionstoppar vid 366 och 770 nm
• Karotenoider (accesoriska pigment)
• Gula eller orangefärgade pigment
• Förekommer hos alla fotosyntetiserande växter

109
5. Fotosyntes forts.

• Karotener (C40H56)
• Orangefärgade, t.ex. ß-karoten
• Xanthofyller (C40H56O2)
• Allmänna hos alger, t.ex. fucoxantin hos
  brunalger och kiselalger

110
5. Fotosyntes forts.

• Fycobiliner
• Hos rödalger och cyanobakterier
• Fycoerytriner (röda)
• Absorberar speciellt grönt ljus
• Dominerar hos rödalger
• Fycocyaniner (blå)
• Absorberar gult och orange ljus
• Dominerar hos cyanobakterier

111
5. Fotosyntes forts.

• Fotosyntesreaktionen
• Två huvudsakliga reaktionsförlopp
• Ljusberoende reaktion, ljusenergi fångas, binds i
  ATP
• Ljusoberoende reaktion (mörkerreaktionen),
  koldioxidfixering

112
5. Fotosyntes forts.

• Reaktioner

www.whfreeman.com
113
5. Fotosyntes forts.

• Ljusreaktionen
• Elektromagnetisk energi gt kemiskt bunden energi
• En molekyl av ett fotosyntespigment fångar upp
  ett energikvantum (foton)
• En elektron flyttas upp på en högre energinivå
  och faller tillbaka gt energi frigörs

114
5. Fotosyntes forts.

• Energin kan frigöras på olika sätt, t.ex. som
  värme, som fluorescensljus, till en närbelägen
  molekyl
• Ljusreaktionen består av två fotosystem
• (II och I)
• Enheter av ca 250-400 klorofyllmolekyler
• Fotosystemen är förenade med en
  elektrontransportkedja

115
5. Fotosyntes forts.
www.whfreeman.com
116
5. Fotosyntes forts.

• Verkar parallellt och oavbrutet
• Fotolys av vatten
• 2H2O gt 4e- 4H O2
• Elektroner frigörs, protoner avges över membranen
• Skapar protongradient, behövs för bildandet av ATP

117
5. Fotosyntes forts.

• Elektroner från H2O gt system II gt system I gt
  NADP
• Acyklisk fosforylering både system I och II,
  ATP och NADPH2 bildas
• Cyklisk fosforylering endast system I, enbart
  ATP bildas

118
5. Fotosyntes forts.

• Ljusreaktionen

http//falcon.tamucc.edu
119
5. Fotosyntes forts.
www.whfreeman.com
120
5. Fotosyntes forts.

• Mörkerreaktionen (CO2 fixering)
• Calvin cykeln (efter Melvin Calvin)
• CO2 transformeras i socker via flera mellansteg
• Startprodukt (och slutprodukt)
• ribulos 1,5-bifosfat (RuBP)
• CO2 binds med hjälp av enzymet RuBP karboxylas
  (Rubisco)

121
5. Fotosyntes forts.

• Kortlivad 6-kolförening som sönderfaller i två
  halvor gt identiska med PGA (3-fosfoglycerat)
• PGA omvandlas vidare till glukos och stärkelse
• Viktigt energikrävande steg reducerat PGA gt
  PGAL (glyceraldehyd-3-fosfat), kräver ATP och
  NADPH2 som bildats vid ljusreaktionen

122
5. Fotosyntes forts.

• PGAL en enkel sockerart, triosfosfat
• För att assimilera 3 molekyler CO2 krävs 9 ATP
  och 6 NADPH2
• C3-växter CO2 inkorporeras i en
• 3-kolförening (PGA)

123
5. Fotosyntes forts.

• Mörkerreaktionen

http//falcon.tamucc.edu
124
5. Fotosyntes forts.

• Fotorespiration
• Rubisco ospecifikt, binder även O2
• Leder till bildning av onyttig glykolsyra
  (glycolate), en C-2 förening
• Processen skadlig, ger varken ATP eller NADPH2

125
5. Fotosyntes forts.

• Glykolsyran reoxideras, från kloroplasten gt
  peroxisom gt mitokondrie
• Hos vissa växter går upp till 50 av all fixerad
  koldioxid till reoxidation
• Ökar vid vattenbrist, vid ökad O2-anrikning och
  kan vara ett problem i tät vegetation

126
5. Fotosyntes forts.

• C4-växter
• Vissa växter, ex. majs, sockerrör, har en skida
  av stärkelserika celler runt bladens
  ledningssträngar
• Binder CO2 till fosfoenolpyruvat (PEP) med hjälp
  av enzymet PEP-karboxylas

127
5. Fotosyntes forts.

• Bildas oxalacetat gt malat med NADPH som
  vätedonator
• Malatet dekarboxyleras i pyruvat och CO2 som går
  in i Calvins cykel
• Processen kostar 2 ATP extra, men resultatet kan
  bli 2-3 ggr större än för C3-växter

128
5. Fotosyntes forts.

• C4-växter anpassade för starkt ljus, hög temp.
  och torka
• Effektiv fotosyntes trots nästan slutna
  klyvöppningar och liten vattenförlust

129
5. Fotosyntes forts.

• CAM-växter
• Crassulacean Acid Metabolism
• Många succulenter kombinerar C3- och C4-vägarna
• CO2 fixeras i mörker, nattetid, med hjälp av
  PEP-karboxylas
• Malat karboxyleringsprodukt

130
5. Fotosyntes forts.

• Malatet lagras i form av äppelsyra i de
  fotosyntetiserande cellernas vakuoler
• I ljus, dagtid, dekarboxyleras äppelsyran och
  koldioxid friges
• Obetydligt gasutbyte via klyvöppningarna dagtid
  p.g.a. het och torr miljö

131
5. Fotosyntes forts.
http//fig.cox.miami.edu
132
5. Fotosyntes forts.

• Yttre faktorers inverkan på fotosyntesen
• Ljus
• Synligt ljus fotosyntetiskt aktivt
• Vissa rödalger kan utnyttja UV-ljus (m.h.a.
  fycobiliner)
• Ljusstyrkan måste vara på sådan nivå att
  andningsförlusten uppvägs

133
5. Fotosyntes forts.

• Kompensationspunkt fotosyntes och andning
  balanserar
• Skuggväxter (ex. Paris quadrifolia) utnyttjar
  låga ljusstyrkor, komp. punkt vid ca 1 dagsljus
• Solväxter (ex. Lythrum salicaria) komp. punkt
  vid 2-5 av fullt dagljus

www.stauder.net/bildearkiv/
www1.lf1.cuni.cz
134
5. Fotosyntes forts.

• Koldioxid
• Under starka ljusförhållanden är CO2 begränsande
  för fotosyntesen
• I havsvatten finns CO2 i flere former,
  proportionerna varierar med pH

135
5. Fotosyntes forts.

• Temperatur
• Påverkas av temp. förändringar endast under
  starka ljusförhållanden
• God belysning och CO2-tillgång ökar fotosyntesen
  1,5-2 gånger vid en temp. höjning på 10C
• Optimal fotosyntes vid 20-30C

136
5. Fotosyntes forts.

• Växternas anpassning viktig för fotosyntesen
• Syre
• Luften innehåller normalt 21 syre
• Fotosyntesintensiteten ökar om luftens syrehalt
  minskar
• Syre hämmar fotosyntesen

137
5. Fotosyntes forts.

• Frågor
• Förklara kort fotosyntesens ljusreaktion
• Olika pigments betydelse vid energiabsorption
• Vad sker vid fotosyntesens mörkerreaktion?
• Skillnaden mellan C4- och CAM-växter?