II. gimnazija Maribor PROJEKTNA NALOGA - arnes.sisspmpese/i/Informatika1/Predstavitev1/PrimeriNalog... · ŽIBERNA Tjaša Fotosinteza, Projektna naloga, II. gimnazija Maribor SLIKOVNO

II. gimnazija Maribor

PROJEKTNA NALOGA

Mentor vsebine: prof. Katja HOLNTHANER ZOREC

Mentor oblike: prof. Mirko PEŠEC

Predmet: biologija, informatika Avtor: Tjaša Žiberna, 1.c

Maribor, januar 2005

ŽIBERNA Tjaša Fotosinteza, Projektna naloga, II. gimnazija Maribor

KAZALO VSEBINE

KAZALO VSEBINE............................................................................................................. 2

SLIKOVNO KAZALO ......................................................................................................... 3

UVOD.................................................................................................................................... 4

1 KRATEK PREGLED FOTOSINTEZE ............................................................................. 5

2 KLOROPLASTI................................................................................................................. 6

3 SVETLOBNE REAKCIJE FOTOSINTEZE ..................................................................... 9 3.1 NECIKLIČNA ELEKTRONSKA TRANSPORTNA VERIGA .............................. 9 3.2 CIKLIČNA ELEKTRONSKA TRANSPORTNA VERIGA.................................... 10

4 TEMOTNE REAKCIJE FOTOSINTEZE ....................................................................... 10

5 POSEBNOSTI.................................................................................................................. 12

6 VPIV ZUNANJIH DEJAVNIKOV NA FOTOSNTEZO................................................ 14

7 LIST.................................................................................................................................. 15

ZAKLJUČEK...................................................................................................................... 16

LITERATURA.................................................................................................................... 17

2/17


SLIKOVNO KAZALO Slika 1: Spekter elektromagnetnega sevanja, ki nastane po razkolu sončne svetlobe z

optično prizmo............................................................................................................... 5 Slika 2: Nastajanje sladkorja v zelenih rastlinah................................................................... 6 Slika 3: Strukturna formula molekule klorofila A in B......................................................... 7 Slika 4: 30 000-krat povečan kloroplast pod elektronskim mikroskopom............................ 8 Slika 5: Prerez kloroplasta v katerem so lepo vidne tilakoide............................................... 8 Slika 6: Neciklična elektronska transportna veriga ............................................................... 9 Slika 7: Ciklična elektronska transportna veriga................................................................. 10 Slika 8: Potek fotosinteze .................................................................................................... 12 Slika 9: List in celica listne sredice C3-rastline ................................................................... 13 Slika 10: List in celica listne sredice C4-rastline ................................................................. 13 Slika 11: Prerez lista ............................................................................................................ 15

3/17


UVOD

Vsi organizmi potrebujejo za procese presnove energijo, ki jo pridobijo s hrano.

Poznamo heterotrofne organizme, ki pridobijo energijo z razgradnjo organskih snovi

drugih organizmov (asimilacija CO2) Takšni organizmi so glive, bakterije in druge živali.

Poznamo pa tudi avtotrofne organizme, ki gradijo organske molekule iz preprostih

anorganskih spojin (voda in ogljikov dioksid), s pomočjo svetlobe ali kemične energije.

Tako živijo nekatere bakterije, modrozelene cepljivke, in vse rastline, ki imajo

asimilacijska barvila. To so barvila, ki sodelujejo v svetlobnih reakcijah fotosinteze.

Energijo, ki je potrebna za pretvorbo tujih snovi v sebi lastne, dobijo organizmi od sonca,

ta energija pa lahko nastane tudi v kemičnih reakcijah kot je na primer oksidacija

žveplovega dioksida. Temu pravimo kemosinteza, to pa poteka v žveplovih bakterijah.

Fotosinteza ali asimilacija1 ogljikovega dioksida v zelenih rastlinah, je nujno potrebna za

življenje, saj rastline ne proizvajajo energije samo zase, ampak tudi za vse heterotrofne

organizme.

1 Asimilacija je pretvorba tujih snovi v sebi lastne

4/17


1 KRATEK PREGLED FOTOSINTEZE

Fotosinteza je kemijska reakcija, ki poteka v zelenih rastlinah. Rastline pretvarjajo

svetlobno energijo v kemično, kar omogoči pretvorbo vode in ogljikovega dioksida v

sladkor. Pri fotosintezi nastajajo organske snovi iz anorganskih. Poenostavljena enačba

fotosinteze je:

6CO2 + 12 H2O C⎯→⎯ 6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

Energija, ki je potrebna za fotosintezo, prihaja na zemljo v obliki fotonov, ki so najmanjši

delci svetlobne energije. Fotoni imajo različno energijo. Za fotosintezo so potrebni fotoni

rdeče in modre barve. Rastline usvojijo 1–5 % svetlobe, ki pade na Zemljo.

Slika 1: Spekter elektromagnetnega sevanja, ki nastane po razkolu sončne svetlobe z optično prizmo

Rastline energijo shranijo v energijsko bogatih snoveh. Svetlobno energijo

pretvorijo v kemično. Energijsko bogata snov je adezin trifosfat ATP, ki je vsestranski

shranjevalec energije, vnaša pa jo lahko tudi v druge kemijske procese, ne da bi pri tem

postal sestavni del njihovih končnih produktov. Sprememba energije je torej del

fotosinteze. Za to spremembo je potrebna svetloba, zato reakcije imenujemo svetlobne

reakcije fotosinteze. Takšna reakcija je tudi fotoliza ali razpad vode. H2O razpade na

vodikov H+ in hidroksilni OH- ion. Iz hidroksilnega iona nastane voda in kisik, ki se

izloča.

5/17


Vodikov ion pa se veže na nikotinamid adenin dinukleotid fosfat NADP, pri čemer nastane

NADPH + H+, ki je eno najmočnejših redukcijskih sredstev (prenašalec vodikovih ionov)

v celici. ATP in NADPH + H+ sta nujno potrebna za vezavo CO2 v sladkor. Za to vezavo

svetloba ni več potrebna, nastopijo torej temotne reakcije fotosinteze, ki lahko potekajo

tudi v temi. Tako svetlobne kot tudi temotne reakcije fotosinteze potekajo v kloroplastih.

Slika 2: Nastajanje sladkorja v zelenih rastlinah

2 KLOROPLASTI

Kloroplast je fotosintetski aparat, ki ga obdajata dve membrani. Iz notranjega sloja

membrane kloroplasta se v stromo gubajo izrazki, ki jih imenujemo tilakoide. V tilakoidah

so molekule asimilacijskih barvil (barvila, ki sodelujejo v svetlobnih reakcijah fotosinteze)

razporejene v posebnih skupkih, imenovane fotosintetske enote. Fotosintetska enota

vsebuje molekule klorofila A (C55H72O5N4Mg) in molekule klorofila B (C55H70O6N4Mg),

ki sta v razmerju 3:1. V njej so še tudi druga barvila npr. oranžni karoten in rumeni

ksantofil. Nekatere alge imajo tudi drugačna barvila, rdeče je imenovano fikoeritrin. Vsaka

fotosintetska enota vsebuje dva fotosistema, ki se med sabo ločita po glavnem barvilu v

reakcijskem centru fotosistema:

6/17


Fotosistem 1: Klorofil A z absorpcijskim vrhom 700 nm

Fotosistem 2: Klorofil B z absorpcijskim vrhom 680 nm

Slika 3: Strukturna formula molekule klorofila A in B

Absorpcijski vrh nam pove, katero valovno dolžino svetlobe klorofil absorbira v rdečem

delu spektra. Druga asimilacijska barvila absorbirajo svetlobe drugih valovnih dolžin

predvsem modri, vijoličasti in rdeči del spektra. Zelene svetlobe ne morejo absorbirati in jo

bodisi odbijejo ali prepuščajo – zato je večina listov zelene barve. V tilakoidnih

membranah potekajo svetlobne reakcije fotosinteze. V matriksu ali stromi kloroplasta pa so

encimi, ki so potrebni za potek temotnih reakcij.

7/17


Slika 4: 30 000-krat povečan kloroplast pod elektronskim mikroskopom

Slika 5: Prerez kloroplasta v katerem so lepo vidne tilakoide

8/17


3 SVETLOBNE REAKCIJE FOTOSINTEZE

Svetloba obseva kloroplast. Določen elektron klorofilne molekule prevzame

energijo svetlobnega iona. Energijo prenese na drugo molekulo v fotosistemu in končno h

glavnemu barvilu klorofilu 700 v reakcijskem centru fotosistema 1, oziroma klorofilu 680

v reakcijskem centru fotosistema 2. Sprejemna molekula v tilakoidni membrani, ki je tesno

povezana z glavnim barvilom, prevzame energetsko vzbujen elektron od glavnega barvila.

Potem se elektron prenaša prek spejemnih in oddajnih molekul v tilakoidni membrani, kar

imenujemo fotoelektronska transportna veriga.

3.1 NECIKLIČNA ELEKTRONSKA TRANSPORTNA VERIGA

Končni sprejemnik fotoelektronske transportne verige je molekula NADP, ki se

zato reducira v NADPH + H+. V klorofilni molekuli, katere ion se je prenesel na NADP,

pa izpraznjeno mesto nadomesti elektron, ki se sprosti ob svetlobnem razpadu ali fotolizi

vode. V elektronski transportni verigi sodelujeta oba fotosistema, ki s sprejeto svetlobno

energijo poganjata elektronsko transportno verigo. Transportni verigi, ki omogoči cepitev

vode in nastanek NADPH + H+ pravimo neciklična transportna veriga. Ob prenosu

elektronov po tilakoidni membrani so skozi njo prenesejo tudi protoni H+ v notranjost

tilakoidne vrečke. Ob vračanju na drugo stran membrane pa omogočajo, da encim ATP-

aza, ki se nahajajo v tilakoidni membrani, iz ADP in P zgradi ATP. Temu načinu

nastajanja ATP pravimo kemiosmoza. Končna produkta neciklične transportne verige sta

torej NADPH + H+ in ATP. Zaradi cepitve H2O izhaja kisik.

Slika 6: Neciklična transportna veriga

9/17


3.2 CIKLIČNA TRANSPORTNA VERIGA

Rastlina pa potrebuje za vezavo ogljikovega dioksida potrebuje več molekul ATP,

kot jih nastane pri necikličnem transportu elektronov. Zato poteka v tilakoidni membrani

še ciklična transportna veriga. Elektron glavnega pigmenta v fotosistemu 1, ki je sprejel

sončno svetlobo, se prek prenašalnih molekul vrne h klorofilni molekuli, njegova energija

pa se porabi za nastanek ATP. Proizvod cikličnega transporta elektronov je torej le ATP.

Ciklični proces zapišemo s kemijsko enačbo: ADP + P ATP

Celotno svetlobno reakcijo fotosinteze pa zapišemo:

2NADP + 2ADP +2P + 2H2O 2NADPH + H+ + 2ATP + O2

Slika 7:Ciklična transportna veriga

4 TEMOTNE REAKCIJE FOTOSINTEZE

Za vezavo CO2 svetloba več ni potrebna. Potrebni pa so encimi, ki so raztopljeni v

matriksu kloroplasta. Celoten proces so znanstveniki odkrili z radioaktivnim ogljikom v

CO2. Alge so izpostavili radioaktivnemu ogljikovemu dioksidu in spremljali, kam se je

radioaktivni ogljik vgradil. CO2 se je vezal na sladkor s petimi ogljikovimi atomi –

ribulozo, ki je povezan z dvema molekulama fosforja – ribulozabifosfat. Nastaneta dve

10/17


molekuli s 3 ogljikovimi atomi – fosfoglicerat . Iz molekul s tremi C-atomi nastane

molekula s šestimi C-atomi – heksoza. Za njen nastanek se porabljata ATP in NADPH +

H+. Sladkor fruktoza je prvi proizvod fotosinteze, vsaka šesta molekula sladkorja zapusti

cikel, vse ostale pa se prek ogljikovih hidratov pretvorijo nazaj v ribulozabifosfat, za kar je

spet potreben ATP. Ta proces se imenuje CALVINOV CIKEL. Za eno molekulo sladkorja

potrebuje rastlina 48 fotonov. Kasneje nastane iz fruktoze tudi glukoza. S povezovanjem

molekul glukoze nastane v kloroplastu škrob. Proizvodi fotosinteze kloroplast zapustijo kot

triozafosfati. V citoplazmi iz njih nastanejo sladkorji. Iz glukoze in fruktoze nastane

saharoza, ki lahko potuje po rastlini v druge dele, se tam shranjuje ali pa se porabi pri

dihanju. Shranjuje se lahko kar kot saharoza, na primer pri sladkorni pesi ali pa se pretvori

v rezervni škrob. Vmesne snovi Calvinovega cikla so tudi izhodišče za nastanek

aminokislin in maščobnih kislin ter beljakovin in maščob.

Tabela 1: Primerjava svetlobnih in temotnih reakcij fotosintete

SVETLOBNE REAKCIJE

FOTOSINTEZE

TEMOTNE REAKCIJE

FOTOSINTEZE

KJE POTEKAJO? v tilakoidah v matriksu ali stromi

kloroplasta

KAJ SE DOGAJA? svetlobna energija se

spremeni v kemično

vezava CO2 v sladkor

POTREBNE SNOVI svetloba, H2O, NADP, ADP ATP, NADPH + H+

KONČNI PRODUKTI NADPH + H+, ATP, O2 fruktoza, Glukoza, škrob

11/17


Slika 8: Potek fotosinteze

5 POSEBNOSTI

astline, pri katerih je prvi proizvod pri vezavi CO2 snov s tremi

ogljikovimi atomi (fosfoglicerat), imenujemo C3-rastline. Druge rastline

kot sta na primer sladkorni trs in koruza, pa imajo posebno zgradbo

listne sredice. CO2 se veže a štirimi ogljikovimi atomi (malat), zato se imenujejo C4-

rastline. Vezavo CO2 v malat omogoča poseben encim, ki je zelo občutljiv za količino

CO2 in ga lahko veže tudi takrat, ko ga je v listu zelo malo. To se dogaja v vročih sončnih

dneh. Malat nastane v listni sredici, nato pa preide v celice žilnega ovoja. Tukaj se pretvori

v novo snov, pri tem pa se sprosti CO2. Ta se vključi v Calvinov cikel. Takšne rastline

lahko tako v vročih dneh, ko je malo CO2 v zraku, vežejo več CO2 kot C3-rastline. Tako

ustvarijo tudi več sladkorja.

R

12/17


Slika 9: List in celica listne sredice C3-rastline

Slika 10: List in celica listne sredice C4- rastline

Sočnice so rastline, ki imajo ponoči listne reže odprte. Pri tem kopičijo malat v

vakuolah. Čez dan ga potem porabijo kot CO2. Da ne izgubijo preveč vode, imajo listne

reže podnevi zaprte, toda fotosinteza kljub temu poteka. Ko se malat pretvarja, se sproščeni

CO2 vključi v Calvinov cikel. Takšnemu tipu fotosinteze pravimo kisli metabolizem

sočnic.

Nekatere vrste bakterij – fotosinteske bakterije – vsebujejo asimilacijsko barvilo,

kar jim omogoča fotosintezo. Za vir elektronov uporabljajo žveplovodik namesto vode.

Stranski proizvod je tako žveplo in ne kisik.

6CO2 + 12H2S C6H12O6 + 6H2O + 12 S

13/17


6 VPIV ZUNANJIH DEJAVNIKOV NA FOTOSNTEZO

Na potek fotosinteze vplivajo svetloba, koncentracija Co2 v zraku in temperatura,

pa tudi voda in minerali. Fotosinteza narašča z intenzivnostjo svetlobe. Prevelika osvetlitev

pa lahko poškoduje asimilacijska barvila. Svetlobno jakost pri kateri je fotosinteza enaka

dihanju, imenujemo svetlobna kompenzacijska točka. Le pri višjih osvetlitvah od te

svetlobne jakosti, lahko rastline proizvajajo več kisika, kot ga lahko uporabijo. Različna

rastline imajo različne svetlobne kompenzacijske točke. Prav tako fotosinteza narašča z

večanjem koncentracije CO2. Temperatura vpliva na to, kako hitri bodo delovali encimi v

Calvinovem ciklu. V visokogorskih in polarnih območij poteka fotosinteza še pri zelo

nizkih temperaturah, V tropskih krajih pa lahko fotosinteza poteka tudi pri visokih

temperaturah.

Razmerje med fotosintezo in osvetljenostjo

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000

Osvetljenost v relativnih enotah

Rel

ativ

na h

itros

t fot

osin

teze

14/17


7 LIST

V celicah listov poteka fotosinteza, zato bi bilo dobro, če še malo pogledamo zunanjo in

notranjo zgradbo lista. List se veje drži s pecljem. Iz peclja vodijo v list žile. Na sredini

poteka glavna žila, iz katere na vsako stran vodijo stranske žile. Žile prenašajo snovi iz

lista in prav tako tudi v list, hkrati pa mu dajejo tudi čvrstost. Zgornja stran lista je

ponavadi gladka in sijoča, saj je pokrita s posebno vosku podobno snovjo. Imenuje se

kutikula (del zgornje povrhnjice) in če je dovolj tanka, je tudi dovolj vodotesna in ščiti list

pred izgubo prevelikih količin vode v primeru vročega in suhega vremena. Pod kutikolo se

nahajajo celice zgornje povrhnjice. V zgornji povrhnjici najdemo majhne luknjice

imenovane pore. Prav tako jih najdemo tudi na spodnji povrhnjici. Posamezno poro

omejujeta celici zapiralki. Zaprti sta v vročem vremenu in tak način prav tako preprečujeta

preveliko izhlapevanje vode. Površina lista je torej izoblikovana tako, da absorbira

največjo možno količino svetlobe in ogljikovega dioksida. Med spodnjo in zgornjo

povrhnjico je listna sredica. Zgornji del sredice je sestavljen iz stebričastega tkiva. Celice

tega tkiva vsebujejo veliko več klorofila, kot celice gobastega tkiva, ki se nahajajo pod

stebričastim tkivom. V prerezu lista lahko opazimo tudi listno žilo, ki sestoji iz ksilema, ki

prinaša v list vodo in druge mineralne snovi, in iz floema, ta pa odnaša produkte

fotosinteze iz lista.

Slika 11: Prerez lista

15/17


ZAKLJUČEK Vse življenje na Zemlji je torej popolnoma odvisno od sončne energije. Zelene rastline,

alge in nekatere vrste bakterij znajo v fotosintetskih procesih to energijo spreminjati v

kemično, ki jo vsa živa bitja uporabljajo za delovanje življenjskih procesov. Ta kemična

energija je vezana v preprostih sladkorjih; vsi fotosintetsko aktivni organizmi na svetu

izdelajo vsako leto približno 150 milijard ton sladkorjev. Na kopnem pa izdelajo toliko

sladkorja letno, ki bi po energiji ustrezal najboljšemu premogu, ki bi ga naložili na vlak, ki

bi bil 2500-krat daljši od ekvatorja. Na kopnem izdelajo manj kot polovico vseh

sladkorjev, medtem ko v vodi več. Fotosinteza je največji kemični proces na svetu.

Evolucija fotosinteze je bila izredno pomembna za nastanek Zemljinega ozračja, saj

je eden od končnih produktov tudi kisik. Njegove koncentracije v ozračju so se v

zadnjih dveh milijardah let za 50-krat povečale.

16/17


LITERATURA Knjige:

• Biologija. 1989. Ljubljana : DZS.

• Družinska enciklopedija, Narava. 1996. Ljubljana : Mladinska knjiga.

• HAUPT, W., 1994. Biologija. Celovec ; Dunaj ; Ljubljana : Mohorjeva družba.

• KARLSON, P., 1980. Biokemija. Ljubljana : DZS.

• STUŠEK, P., PODOBNIK, A., in GOGALA, N. 2000. Biologija 1, Celica.

Ljubljana : DZS.

Internetne strani:

Fotosinteza. [Citirano 21. decembra 2004]. Dostopno na svetovnem

spletu : http://www.educa.fmf.uni-

lj.si/izodel/sola/1999/di/velikanje/les/fotosinteza.htm

Fotosinteza. [Citirano 21. decembra 2004]. Dostopno na svetovnem

spletu: http://ro.zrsss.si/projekti/kem-reakcije/r15foto.htm

17/17

http://www.educa.fmf.uni-lj.si/izodel/sola/1999/di/velikanje/les/fotosinteza.htm

http://www.educa.fmf.uni-lj.si/izodel/sola/1999/di/velikanje/les/fotosinteza.htm

http://ro.zrsss.si/projekti/kem-reakcije/r15foto.htm

Documents

II. gimnazija Maribor PROJEKTNA NALOGA - arnes.sisspmpese/i/Informatika1/Predstavitev1/PrimeriNalog... · ŽIBERNA Tjaša Fotosinteza, Projektna naloga, II. gimnazija Maribor SLIKOVNO