H8 Energie en processen bij planten

H8 Energie en processen bij planten
Assimiliatie is het geheel van chemische processen in organismen waarbij energie wordt
opgeslagen. Fotosynthese, een vorm van assimilatie, is het proces waarbij uit de anorganische
stoffen water en koolstofdioxide organische stoffen zoals koolhydraten worden gemaakt en
vindt plaats in de bladgroenkorrels / chloroplasten. Een chloroplast begint pas aan het
fotosyntheseproces bij een bepaalde minimum hoeveelheid licht en heeft ook een grens van de
hoeveelheid licht die hij kan verdragen. Daarnaast is er een optimum: Omstandigheden
waarbij een chloroplast optimaal functioneert.
Autotroof zijn organismen die organische stoffen uit anorganische stoffen kunnen maken.
Heterotroof zijn organismen die leven van organische stoffen en daarbij afhankelijk zijn van
andere organismen. De cellen van een plant waar geen bladgroenkorrels zitten zijn
heterotroof, zij zijn afhankelijk van de andere cellen.
Chloroplast
Fotosynthese verloopt in 3 drie stappen. De eerste twee stappen van de fotosynthese vinden
plaats in de enzymen van het membraan van een thylakoide. Een stapel thylakoiden is een
granum. Dit membraan vormt een afscheiding tussen het inwendige van een thylakoide en de
stroma, het grondplasma van de chloraplast.
Door middel van fotosyteem 2 / P680 wordt in chlorofylmoleculen licht geabsorbeerd en
komt een elektron van het fotosyteemm op een hoger energieniveau. Het elektron wordt
afgestaan en P680 wordt positief geladen en onttrekt vervolgens een elektron aan een
watermolecuul. Zo ontstaat zuurstof en waterstofionen. In fotosysteem, met minder
chlorofylmoleculen, komt ook een elektron door middel van licht op een hoger energieniveau.
Er worden telkens twee van deze elektronen opgenomen door het molecuul NADP+, wat
daardoor negatief wordt. Het NADP- reageert vervolgens met H+ tot NADPH.
In het stroma vindt de derde stap plaats, de calvincyclus, de vorming van PGAL
De calvin-cyclus bestaat uit drie fases; Tijdens deze fases wordt er via de omgekeerde reacties energie
vrijgemaakt om het proces te laten verlopen:
ATP + H2O → ADP + Pi + energie
NADPH →NADP+ + H+ + 2 e−
Fase 1, de binding van CO2: Uit ribulose-1,5-bisfosfaat (RuBP), kooldioxide en water ontstaat
glycerinezuur-3-fosfaat (gekatalyseerd door RuBisCO of Ribulose-1,5-bisfosfaat
carboxylase/oxygenase)
3 C5H8O11P2 + 3 CO2 + 3 H2O → 6 C3H5O7P
Fase 2, Reductie: Door een ATP reactie wordt vervolgens aan het glycerinezuur-3-fosfaat nog een
extra P toegevoegd, waardoor er glycerinezuur-1,3-difosfaat ontstaat. Deze fosfaatgroep levert bij de
volgende stap de energie voor de NADPH reactie.
6 C3H5O7P + 6 ATP → 6 C3H4O10P2 + 6 ADP + 6 H2O
Bij de volgende reactie wordt vanuit de NADPH twee elektronen overgedragen op het glycerinezuur1,3-difosfaat, waardoor er glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) ontstaat.
6 C3H4O10P2 + 6 NADPH + 6 H2O + 6 H+ → 6 C3H5O6P + 6 NADP+ + 6 Pi + 6 H2O
Dit is een redox-reactie, een reactie tussen moleculen of ionen waarbij elektronen worden
uitgewisseld. Door hydrolyse van de fosfaatgroep die in de vorige reactie is toegevoegd onstaat er
energie waardoor NADPH twee elektronen afgeeft, die in combinatie met de zes H+-en (die geen
elektronen bezitten) de zes H-tjes kunnen vormen die nodig zijn om G3P te laten ontstaan.
Er zijn nu zes G3P moleculen.
Fase 3: Terugvorming van de CO2 receptor:
Een van deze G3P moleculen wordt gebruikt voor de vorming van glucose. Er zijn twee G3P
moleculen nodig voor de vorming van een glucosemolecuul. De cyclus moet dus twee keer doorlopen
worden om een glucosemolecuul te vormen.
C6H12O6
De andere vijf G3P moleculen worden gebruikt om te vormen, die nodig is bij fase 1. Daarvoor zijn
nog twee reacties nodig:
Bij de eerste reageert glyceraldehyde-3-fosfaat met water tot ribulose 5-fosfaat en Pi
5 C3H5O6P + 2 H2O → 3 C5H9O8P + 2 Pi
Daarna zorgt ATP voor de energie bij de volgende reactie, waarbij ribulose-1,5-bifosfaat ontstaat.
3 C5H9O8P + 3 ATP → 3 C5H8O11P2 + 3 ADP + 3H2O
Er onstaat dus glyceraldehyde-3-fosfaat, afgekort PGAL, een organische stof.
Mitochondrien gebruiken de organische stoffen die bij fotosynthese zijn ontstaan om ATP te
maken, die wordt gebruik om bestaande cellen in stand te houden. Dit is dissimilatie; het
geheel van chemische processen in organismen waarbij energie vrijkomt. Als alle organische
stoffen worden omgezet in ATP, blijft er niets over voor groei. Als chloroplasten echter meer
organische stoffen produceren, vindt er voortgezette assimilatie plaats en kunnen de cellen
delen. Voortgezette assimiliatie is de opbouw vanaf PGAL tot koolhydraten, vetten, eiwitten
en nucleotiden. Koolhydraten zijn organische stoffen bestaande uit C, H en O. Vetten
bestaan uit een glycerolmolecuul en een of meerdere vetzuren en vormen onder andere een
belangrijk onderdeel van de membranen in cellen. Eiwitten worden gevormd uit aminozuren,
een samenstelling van PGAL en een aminogroep; NH2. NH2, een mineraal, haalt de plant uit
de grond. Eiwitten zijn onder ander belangrijk bij de vorming van cytoplasma en versnellen
als enzymen vele reacties in het lichaam. Nucleotiden bestaan uit een fosfaatgroep,
desoxyribose (een koolhydraat) en een stikstofbase en vormt DNA. Er kan ook een overschot
onstaan aan organische cellen. Sommige planten kunnen deze opslaan als reservevoedsel.
Plantenwortels nemen water en mineralen op via epidermiscellen; cellen van de opperhuid.
Epidermiscellen met een groot oppervlak heten wortelharen. Doordat de wortel door actief
transport ionen opneemt, wordt water aangetrokken.
Water en mineralen gaan, eenmaal binnen in de plant, naar de centrale cilinder in de wortel.
De centrale cilinder wordt omringd door endodermiscellen, waarvan de celwanden aan de
zijkant onderling verbonden zijn met de bandjes van Caspari; een laagje ondoorlaatbaar
kurk. De endodermiscellen selecteren wat mag passeren. De eerste laag van de centrale
cilinder bestaat uit pericykel, daarna gaat het water de houtvaten binnen. Een houtvat /
xyleem bestaat uit aaneengeschakelde celwanden van cellulose, waarvan de cellen zijn
doodgegaan. Via capillaire werking, het verschijnsel dat water in nauwe kanalen omhoog
kruipt, worden de stoffen naar boven getransporteerd. Het water wordt ook door de bladeren
aangetrokken als er weinig water in de bladeren zit. Weinig water in de bladeren is het gevolg
van de verdamping via geopende huidmondjes. Eenmaal in de bladeren verlaat water het blad
verlaten of wordt opgenomen door bladcellen of wordt opgeslagen in de intercellulaire
holtes, ruimtes tussen de bladcellen.
Koolstofdioxide wordt gebruik voor fotosynthese. Daarom is er een lage
koolstofdioxideconcentratie in de intercellulaire ruimtes. Koolstofdioxide diffundeert
daardoor naar het blad. Zuurstof is een product van fotosynthese. Daarom is er een lage
zuurstofconcentratie in de intercellulaire ruimtes. Zuurstof diffundeert uit het blad.
Organische stoffen worden vervoerd in bastvaten / floeem. Bastvaten bestaan uit
aaneengeschakelde levende bastvatcellen. De transportprocessen in een bastvatcel worden
geregeld door een begeleidende cel. De begeleidende cellen pompen organische stoffen in de
bastvatcel. Er stroomt ook water van houtvaten naar bastvatcellen, door osmose.
Dwarsdoorsnede van een blad
Cellen van de epidermis zijn goed lichdorlatend. Op de epidermis bevindt zich meestal de
cuticula: een laag je was. Epidermis en cuticula beschermen het blad tegen uidroging.
Palissadeparenchymcellen en de sponsparenchymcellen bevatten bladgroen en de
sluitcellen van de huidmondjes. Hoofdnerf en zijnerven in het blad bestaan uit houtvaten,
bastvaten en steunweefsel. Houtvaten liggen aan de bovenkant, bastvaten aan de onderkant.
In een stengel
De buitenzijde van een stengel bestaat uit een epidermislaag. Daaronder zit het bevindt zich
het schorsparenchym, waarin bij groene stengels bladgroen bevindt. er zin dan ook
huidmondjes te vinden. Vaak bevindt zich onder de laag schorsparenchym een laag
steunweefsel met verdikte celwanden. Het steunweefsel sterf meestal af en de celwanden
blijven dan als een skelet fungeren. Onder de laag steunweefsel bevinden zich de vaatbundels
met houtvaten, bastvaten en parenchym, een verzamelnaam voor opvullend weefsel zonder
duidelijke aanduiding van vorm en functie. In de vaatbundel van tweejarige en meerjarige
planten bevindt zich cambium, groeiweefsel waaruit diktegroei kan plaatsvinden.
In een wortel
Een wortel is een verlengde stengel, onder de grond, met wortelharen. Aan het uiteinde van
een wortelpunt zit een wortelmutsje, verslijmende cellen waardoor de wortelpunt tijdens de
groei door de zandkorrels heen glijdt.