Fotosyntes & cellandning
Fotosyntes och cellandning kopplar ihop cellernas energiomsättning med hela biosfärens kolflöden. Här går du från de övergripande reaktionsformlerna till hur elektroner, protongradienter och ATP gör energiomvandlingen möjlig.
- Nivå 2
Förstå → Se exempel → Träna
Förstå
Fotosyntesens övergripande funktion
I fotosyntesen används ljusenergi för att bygga energirika organiska ämnen från koldioxid och vatten. Syre bildas som en följd av att vatten oxideras. Processen sker i kloroplaster hos växter och alger och i motsvarande membransystem hos fotosyntetiserande bakterier.
Ljusreaktionerna
I tylakoidmembranen absorberar pigment ljus. Elektroner förs genom en elektrontransportkedja, och energin används för att bygga upp en protongradient. ATP-syntas använder gradienten för att bilda ATP, och reduktionskraft lagras bland annat i NADPH.
Kolbindning
I Calvincykeln används ATP och NADPH från ljusreaktionerna för att binda koldioxid och bygga kolhydrater. Cykeln är därför beroende av produkterna från ljusreaktionerna även om själva koldioxidbindningen inte kräver att en foton träffar reaktionen direkt.
Cellandningens övergripande funktion
Vid aerob cellandning bryts energirika organiska molekyler ner stegvis. Elektroner överförs till elektronbärare och slutligen till syre. Energin används för att skapa en protongradient över mitokondriens inre membran, vilket driver ATP-syntas.
Från glykolys till oxidativ fosforylering
Glykolysen sker i cytoplasman och kan starta nedbrytningen av glukos utan direkt syreåtgång. Pyruvatets fortsatta oxidation, citronsyracykeln och elektrontransportkedjan ger tillsammans mer ATP när syre finns. Vid syrebrist kan jäsningsprocesser återbilda nödvändiga elektronbärare men ger betydligt mindre ATP per glukosmolekyl.
Processerna hänger ihop men är inte varandras exakta spegelbilder
Fotosyntesen bygger organiska ämnen och lagrar solenergi i kemiska bindningar, medan cellandningen frigör användbar energi från organiska ämnen. Växter utför både fotosyntes och cellandning. Materia kan cirkulera mellan processerna, men energi flödar genom systemet och omvandlas slutligen till värme.
Exempel
Exempel: ett blad dag och natt
- I ljus kan bladets kloroplaster utföra fotosyntes samtidigt som mitokondrierna utför cellandning.
- Om fotosyntesen är snabbare än cellandningen tar bladet netto upp koldioxid och producerar organiskt material.
- På natten upphör ljusreaktionerna, men cellandningen fortsätter så länge cellerna har organiska ämnen och syre.
- Det visar varför det är fel att säga att växter bara fotosyntetiserar och inte cellandas.
Så gör du
- 1Avgör om frågan gäller uppbyggnad av organiska ämnen eller frigörande av användbar energi.
- 2Placera processen i rätt cellstruktur: kloroplast, cytoplasma eller mitokondrie.
- 3Följ både materia och energi och håll isär dem.
- 4Beskriv hur elektrontransport och protongradient bidrar till ATP-bildning där det är relevant.
- 5Koppla processen till hela organismens eller ekosystemets gas- och kolflöden.
Vanliga misstag
Vanligt misstag
Växter fotosyntetiserar men cellandas inte.
Bättre
Växtceller cellandas hela tiden; fotosyntes sker dessutom när förutsättningarna för den finns.
De två processerna fyller olika funktioner i cellen.
Vanligt misstag
Energi cirkulerar mellan fotosyntes och cellandning.
Bättre
Materia kan cirkulera, men energi flödar och omvandlas stegvis till värme.
Ny energi behöver hela tiden tillföras biosfären, främst från solen.
Vanligt misstag
Calvincykeln är helt oberoende av ljusreaktionerna.
Bättre
Calvincykeln använder ATP och NADPH som bildas i ljusreaktionerna.
Därför är den funktionellt kopplad till ljuset även om fotoner inte används direkt i kolbindningssteget.
Fundera
Varför är ATP ett bättre kortsiktigt energibärande system i cellen än att använda glukos direkt i varje energikrävande reaktion?
Träna
Övning
En växt står först i starkt ljus och flyttas sedan till mörker. Förklara vad som händer med fotosyntes och cellandning direkt efter flytten och hur det påverkar växtens nettoflöde av koldioxid.
Sammanfattning
- Fotosyntes lagrar ljusenergi i organiska molekyler genom ljusreaktioner och kolbindning.
- Både fotosyntes och aerob cellandning använder elektrontransport och protongradienter för ATP-bildning.
- Cellandning frigör användbar energi stegvis från organiska ämnen.
- Växter utför både fotosyntes och cellandning.
- Materia kan cirkulera mellan processerna, medan energi flödar genom systemet.
Relaterade genomgångar
Fortsätt med något som hänger ihop med den här genomgången.
Cellorganeller, differentiering & kommunikation
Fördjupa dig i organellers funktion, cellers specialisering och signalering.
Läs genomgångenTransport över cellmembran
Förstå diffusion, osmos, faciliterad diffusion och aktiv transport.
Läs genomgångenBio- & gentekniska metoder
Fördjupa dig i biologiska produktionssystem, molekylära metoder och hur resultat värderas.
Läs genomgången