Functionele biologie Deeltoets 2 (Plantenbiologie)
Chapter 11 – Photosynthetic Processes
Fotosynthetische organismen hebben chloroplasten. Autotrofe organismen zijn
zelfvoedend. Ze produceren hun organische moleculen uit CO2 en andere anorganische
materialen gehaald uit de omgeving → producenten van de biosfeer. Planten zijn
fotoautotroof: gebruiken licht als een bron van energie om organische stoffen te
synthetiseren. Heterotrofe organismen behalen organische materialen uit andere
organismen → consumenten van de biosfeer. Decomposers zijn heterotrofen die zich
voeden van dode resten/afvalproducten. Heterotrofen zijn afhankelijk van autotrofen.
Planten zijn dus erg belangrijk op aarde voor voeding en het produceren van zuurstof.
Alle groene delen van een plant hebben chloroplasten. Bij de bladeren vindt het meeste
fotosynthese plaats. Meeste gevonden in mesophyllcellen (weefsel binnenkant blad). CO2
komt binnen en O2 gaat naar buiten via de stomata (huidmondjes). Een chloroplast heeft
twee membranen. Binnen in zit vloeistof = stroma. Een derde membraan systeem in het
stroma zijn de thylakoïden. Stapel van thylakoïden = grana. Chlorophyll (groene pigment)
ligt in de thylakoïd membranen.
6CO2 + 12H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
(Netto vergelijking: 6CO2 + 6H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2). Zuurstof-
atoom uit water komt uiteindelijk in zuurstof dat door de stomata naar
buiten gaat. Fotosynthese: lichtreactie + Calvincyclus
Lichtreactie → zonne-energie naar chemische energie: NADPH en ATP
(foto-fosforylatie) (ook ontstaat er O2), water en licht nodig. Calvincyclus → CO2 nodig voor
koolstoffixatie (koolstof in organische verbindingen zetten), ATP en NADPH worden ook gebruikt.
Suiker wordt gemaakt.
Lichtreactie vindt plaats op thylakoïd membranen en Calvincyclus in stroma.
Fotosysteem = reactiecentrum complex omgeven door “light harvesting
complexes". Reactie complex bestaat uit een special pair van chlorofyl a
moleculen en een primaire elektronen acceptor. Elk light harvesting
complex bestaat uit diverse pigmentmoleculen gebonden aan eiwitten.
Wanneer pigmentmolecuul foton absorbeert, wordt de energie overgedragen
van pigment op pigment in het light harvesting complex, tot het bij het
special pair is aangekomen. Hier wordt de energie gebruikt om één van de elektronen naar een hoger
energetisch niveau te krijgen en over te brengen naar de primaire elektronacceptor → gereduceerd.
Thylakoïd systeem bevat 2 typen fotosystemen: fotosysteem 2 (PSII, P680) en fotosysteem 1 (PS
1,P700). Reactie:
1. Pigment in light harvesting complex in PS II absorbeert foton en uiteindelijk komt energie aan bij
special pair
2. Elektron geëxciteerd van P680 naar primaire elektron acceptor
3. Enzym katalyseert splitsing van water in twee elektronen en twee protonen (H+) en een
zuurstofatoom. Elektronen aan P680 gegeven (omdat deze elektronen is verloren). Protonen komen in
thylakoïd ruimte.
4. Elektronen gaan van PS II naar PS I door elektronentransportketen: plastoquinone, cytochrome
complex en plastocyanin → protonen in thylakoïd ruimte gepompt (proton gradiënt)
5. Cytochrome complex zorgt voor proton gradiënt → later ATP gemaakt (chemiosmosis)
6. Pigment in light harvesting complex PS I absorbeert foton van lichtenergie, gebeurt hetzelfde als bij
PS II. Elektronen aangevuld bij P700 door elektronen van PS II.
7. Elektronen dorogegeven via ferredoxin naar NADP+ reductase → reduceert NADP+ naar NADPH (2
e- nodig)
Cyclic electron flow: alternatief pad, gebruikt PS I maar niet
II → geen productie NADPH en zuurstof, wel ATP
, Functionele biologie Deeltoets 2 (Plantenbiologie)
Door het opgebouwde protongradiënt wordt d.m.v. ATP synthase, ATP geproduceerd. ATP komt
terecht in stroma, waar het wordt gebruikt voor de Calvincyclus.
Koolstof komt de Calvincyclus binnen als CO2 en
verlaat in de vorm van suiker. De koolhydraat
geproduceerd in de cyclus is niet glucose, maar
een 3-C atoom: Glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P).
Hiervoor zijn dus 3 CO2’s nodig.
Fase 1: Koolstoffixatie: Rubisco katalyseert
reactie van CO2 molecuul met 5-C suiker →
6-C suiker wordt 2 3-C suikers.
Fase 2: Reductie
Fase 3: Regeneratie van CO2 acceptor rubisco
→ voor productie van 1 G3P is 9 ATP en 6 NADPH
nodig.
C3 planten gebruiken rubisco → eerste organische product van
koolstoffixatie is 3-C verbinding (3-phosphoglycerate). Op hete,
droge dagen worden stomata deels gesloten, produceren ze
minder suiker (minder CO2). Rubisco kan dan O2 binden ipv CO2
(O2 kan niet weg door de stomata). Zuurstof wordt toegevoegd
aan de Calvin Cyclus → 2-C verbinding gemaakt.
Peroxisomen en mitochondriën splitsen deze verbinding
en laten CO2 vrij = photorespiration (gebruikt ATP),
produceert geen suiker. Fotorespiratie vermindert de
fotosynthetische output door organisch materiaal uit
de Calvin-cyclus te overhevelen en CO2 vrij te maken dat
anders zou worden gefixeerd. C4 planten hebben 4-C
verbinding als eerste product. Deze planten hebben twee
verschillende typen fotosynthetische cellen:
- Bundle-sheath cells: Dicht opeengepakte omhulsels rond
de aderen van het blad
- Mesophyll cells: Om BS cells heen, vaak niet veel cellen ervandaan
1. In mesofielcellen zit een enzym (alleen hier aanwezig) genaamd PEP
carboxylase, wat CO2 toevoegd aan PEP, wat oxaloacetate (4-C) vormt. PEP carboxylase heeft een veel
hogere affiniteit voor CO2 dan rubisco en geen affiniteit voor O2 → als het warm en droog is vindt er
geen fotorespiratie plaats, wat wel bij rubisco gebeurd.
2. De 4-C producten (malate) wordt geëxporteerd naar de bundle-sheath cell door plasmodesmata
(verbindingen tussen twee cellen met cytoplasma)
3. In bundle-sheath cell, laten de 4-C verbindingen CO2 vrij, die weer wordt her-gefixeerd in organisch
materiaal door rubisco in de Calvincyclus. Naast CO2 wordt er ook pyruvaat (3-C) gevormd. Pyruvaat
wordt getransporteerd naar mesofielcel. Hier wordt ATP gebruikt om pyruvaat om te zetten in PEP (3-
C), die weer CO2 kan binden. ATP komt van cyclische elektronenflow. C4 planten betalen ATP om
fotorespiratie te minimaliseren en suikerproductie te verbeteren.
CAM planten (vetplanten/cactus): openen
stomata ’s nachts en sluiten ze overdag. Dit is het
omgekeerde van hoe andere planten dat doen.
- Overdag: gesloten, behoudt water, maar geen
CO2 naar binnen. (Lees stuk van ’s nachts)
organische zuren omgezet in CO2 → Calvincyclus
- ’s Nachts: open, nemen CO2 op en verwerken het
in variatie aan organische zuren → deze manier van koolstoffixatie = crassulacean
acid metabolism (CAM). Deze organische zuren worden opgeslagen in de vacuolen
van mesofielcellen.
Chapter 11 – Photosynthetic Processes
Fotosynthetische organismen hebben chloroplasten. Autotrofe organismen zijn
zelfvoedend. Ze produceren hun organische moleculen uit CO2 en andere anorganische
materialen gehaald uit de omgeving → producenten van de biosfeer. Planten zijn
fotoautotroof: gebruiken licht als een bron van energie om organische stoffen te
synthetiseren. Heterotrofe organismen behalen organische materialen uit andere
organismen → consumenten van de biosfeer. Decomposers zijn heterotrofen die zich
voeden van dode resten/afvalproducten. Heterotrofen zijn afhankelijk van autotrofen.
Planten zijn dus erg belangrijk op aarde voor voeding en het produceren van zuurstof.
Alle groene delen van een plant hebben chloroplasten. Bij de bladeren vindt het meeste
fotosynthese plaats. Meeste gevonden in mesophyllcellen (weefsel binnenkant blad). CO2
komt binnen en O2 gaat naar buiten via de stomata (huidmondjes). Een chloroplast heeft
twee membranen. Binnen in zit vloeistof = stroma. Een derde membraan systeem in het
stroma zijn de thylakoïden. Stapel van thylakoïden = grana. Chlorophyll (groene pigment)
ligt in de thylakoïd membranen.
6CO2 + 12H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
(Netto vergelijking: 6CO2 + 6H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2). Zuurstof-
atoom uit water komt uiteindelijk in zuurstof dat door de stomata naar
buiten gaat. Fotosynthese: lichtreactie + Calvincyclus
Lichtreactie → zonne-energie naar chemische energie: NADPH en ATP
(foto-fosforylatie) (ook ontstaat er O2), water en licht nodig. Calvincyclus → CO2 nodig voor
koolstoffixatie (koolstof in organische verbindingen zetten), ATP en NADPH worden ook gebruikt.
Suiker wordt gemaakt.
Lichtreactie vindt plaats op thylakoïd membranen en Calvincyclus in stroma.
Fotosysteem = reactiecentrum complex omgeven door “light harvesting
complexes". Reactie complex bestaat uit een special pair van chlorofyl a
moleculen en een primaire elektronen acceptor. Elk light harvesting
complex bestaat uit diverse pigmentmoleculen gebonden aan eiwitten.
Wanneer pigmentmolecuul foton absorbeert, wordt de energie overgedragen
van pigment op pigment in het light harvesting complex, tot het bij het
special pair is aangekomen. Hier wordt de energie gebruikt om één van de elektronen naar een hoger
energetisch niveau te krijgen en over te brengen naar de primaire elektronacceptor → gereduceerd.
Thylakoïd systeem bevat 2 typen fotosystemen: fotosysteem 2 (PSII, P680) en fotosysteem 1 (PS
1,P700). Reactie:
1. Pigment in light harvesting complex in PS II absorbeert foton en uiteindelijk komt energie aan bij
special pair
2. Elektron geëxciteerd van P680 naar primaire elektron acceptor
3. Enzym katalyseert splitsing van water in twee elektronen en twee protonen (H+) en een
zuurstofatoom. Elektronen aan P680 gegeven (omdat deze elektronen is verloren). Protonen komen in
thylakoïd ruimte.
4. Elektronen gaan van PS II naar PS I door elektronentransportketen: plastoquinone, cytochrome
complex en plastocyanin → protonen in thylakoïd ruimte gepompt (proton gradiënt)
5. Cytochrome complex zorgt voor proton gradiënt → later ATP gemaakt (chemiosmosis)
6. Pigment in light harvesting complex PS I absorbeert foton van lichtenergie, gebeurt hetzelfde als bij
PS II. Elektronen aangevuld bij P700 door elektronen van PS II.
7. Elektronen dorogegeven via ferredoxin naar NADP+ reductase → reduceert NADP+ naar NADPH (2
e- nodig)
Cyclic electron flow: alternatief pad, gebruikt PS I maar niet
II → geen productie NADPH en zuurstof, wel ATP
, Functionele biologie Deeltoets 2 (Plantenbiologie)
Door het opgebouwde protongradiënt wordt d.m.v. ATP synthase, ATP geproduceerd. ATP komt
terecht in stroma, waar het wordt gebruikt voor de Calvincyclus.
Koolstof komt de Calvincyclus binnen als CO2 en
verlaat in de vorm van suiker. De koolhydraat
geproduceerd in de cyclus is niet glucose, maar
een 3-C atoom: Glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P).
Hiervoor zijn dus 3 CO2’s nodig.
Fase 1: Koolstoffixatie: Rubisco katalyseert
reactie van CO2 molecuul met 5-C suiker →
6-C suiker wordt 2 3-C suikers.
Fase 2: Reductie
Fase 3: Regeneratie van CO2 acceptor rubisco
→ voor productie van 1 G3P is 9 ATP en 6 NADPH
nodig.
C3 planten gebruiken rubisco → eerste organische product van
koolstoffixatie is 3-C verbinding (3-phosphoglycerate). Op hete,
droge dagen worden stomata deels gesloten, produceren ze
minder suiker (minder CO2). Rubisco kan dan O2 binden ipv CO2
(O2 kan niet weg door de stomata). Zuurstof wordt toegevoegd
aan de Calvin Cyclus → 2-C verbinding gemaakt.
Peroxisomen en mitochondriën splitsen deze verbinding
en laten CO2 vrij = photorespiration (gebruikt ATP),
produceert geen suiker. Fotorespiratie vermindert de
fotosynthetische output door organisch materiaal uit
de Calvin-cyclus te overhevelen en CO2 vrij te maken dat
anders zou worden gefixeerd. C4 planten hebben 4-C
verbinding als eerste product. Deze planten hebben twee
verschillende typen fotosynthetische cellen:
- Bundle-sheath cells: Dicht opeengepakte omhulsels rond
de aderen van het blad
- Mesophyll cells: Om BS cells heen, vaak niet veel cellen ervandaan
1. In mesofielcellen zit een enzym (alleen hier aanwezig) genaamd PEP
carboxylase, wat CO2 toevoegd aan PEP, wat oxaloacetate (4-C) vormt. PEP carboxylase heeft een veel
hogere affiniteit voor CO2 dan rubisco en geen affiniteit voor O2 → als het warm en droog is vindt er
geen fotorespiratie plaats, wat wel bij rubisco gebeurd.
2. De 4-C producten (malate) wordt geëxporteerd naar de bundle-sheath cell door plasmodesmata
(verbindingen tussen twee cellen met cytoplasma)
3. In bundle-sheath cell, laten de 4-C verbindingen CO2 vrij, die weer wordt her-gefixeerd in organisch
materiaal door rubisco in de Calvincyclus. Naast CO2 wordt er ook pyruvaat (3-C) gevormd. Pyruvaat
wordt getransporteerd naar mesofielcel. Hier wordt ATP gebruikt om pyruvaat om te zetten in PEP (3-
C), die weer CO2 kan binden. ATP komt van cyclische elektronenflow. C4 planten betalen ATP om
fotorespiratie te minimaliseren en suikerproductie te verbeteren.
CAM planten (vetplanten/cactus): openen
stomata ’s nachts en sluiten ze overdag. Dit is het
omgekeerde van hoe andere planten dat doen.
- Overdag: gesloten, behoudt water, maar geen
CO2 naar binnen. (Lees stuk van ’s nachts)
organische zuren omgezet in CO2 → Calvincyclus
- ’s Nachts: open, nemen CO2 op en verwerken het
in variatie aan organische zuren → deze manier van koolstoffixatie = crassulacean
acid metabolism (CAM). Deze organische zuren worden opgeslagen in de vacuolen
van mesofielcellen.
