3.3 Koolstofassimilatie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

3.3 Koolstofassimilatie

Leerdoelen

Je kunt de fotosynthese en de chemosynthese beschrijven.

Koolstofassimilatie (fotosynthese)

• Vindt plaats in planten en in sommige bacteriën
• Netto reactievergelijking:  6 H₂0+6 CO₂ --> C₆H₁₂O₆+ 6 O₂
  
• Energie voor de assimilatie van glucose wordt in eerste instantie geleverd in de vorm van lichtenergie.
• De lichtenergie wordt in het chlorofyl geabsorbeerd. 

Onderdelen voor fotosynthese

thylakoïden: membranen gestapeld als munten (lichtreacties)

stroma: vloeistof (donkerreacties)

Waarom is een blaadje groen?

licht (binas 72)

Niet alle kleuren uit het zonlicht worden gebruikt.

NIET - groen (en daarom zien wij de plant als groen)

WEL - blauw/ paars en oranje/ rood

Fotosynthese verloopt via twee processen

Lichtreactie: 

• Lichtenergie gebruikt om water (H2O) te splitsen in zuurstof- en waterstofionen 
• De transportmoleculen ATP en NADPH transporteren de energierijke elektronen en waterstofionen naar de donkerreacties.
• Op membranen van thylakoïd
  

Donkerreactie (calvincyclus):

• Uit CO2 moleculen worden glucose moleculen gebouwd.
• Voor de donkerreactie is geen licht nodig Energie die hiervoor nodig is wordt geleverd door ATP en NADPH (uit de lichtreactie)
• In stroma van het chloroplast

Fotosystemen I en II

Gradiënt H⁺ in lumen gebruikt als energiebron voor de aanmaak van ATP

=

fotofosforylering

PSII: splitsing van water. O₂ uitscheiden of gebruiken. 

Lichtenergie maakt e^- energierijk.

e^- naar PSI. Enzymen gebruiken deze energie om extra waterstofionen vanuit het stroma naar het lumen te transporteren.

PSI: e^- uit PSII opnieuw energierijk gemaakt. 2x e^- afgeven aan NADP⁺. 2x H⁺ gebonden uit stroma geeft NADPH,H⁺. Transport elektronen naar donkerreactie  

Binas 69 B

Bij de lichtreactie ontstaat:

1. ATP --> dit gaat naar calvincyclus

     2. NADPH, H⁺ --> dit gaat naar calvincyclus

     3. O₂ -->dit wordt gebruikt voor dissimilatie en wordt afgegeven aan milieu

Welke stoffen zijn nodig voor de donkerreactie of Calvincyclus?

1. CO₂  --> afkomstig van buiten

2. NADPH,H⁺ -->  afkomstig van de lichtreactie

3. ATP --> afkomstig van de lichtreactie

Donkerreactie (calvincyclus) Binas 69C

• vorming van glucose uit CO2 mbv ATP en NADPH2

• Vindt plaats in het stroma (vloeistof van de chloroplasten)
•  6 moleculen CO2 --> 1 molecuul C6H12O6
  

lichtreacties 

Niet-cyclisch -  zowel fotosysteem II als I

• Vorming van ATP, NADPH, H+ en zuurstof

Cyclisch - alleen fotosysteem I

• Vorming van ATP

Voor de Calvinreactie is meer ATP nodig dan NADPH, H+  --> dus compenseren met extra cyclische fosforylering.  

Cyclische fotofosforylering

Deel van de lichtreactie vindt plaats:

• bij afwezigheid van water / tekort aan NADP+ in stroma
• In (cyano)bacteriën
• ^{Elektronen circuleren tussen PSI en enzymen van de elektronentransportketen}
• ^{H+ gradiënt voor vorming ATP}
  

Lichtreactie: 

• Lichtenergie wordt vastgelegd in energierijke stoffen (ATP en NADPH).

• Watermoleculen splitsen hierbij in waterstof en zuurstof
• In chlorofylmoleculen worden energierijke elektronen gevormd
• Op membranen van thylakoïd

Donkerreactie (Calvincyclus): 

• Uit CO₂ moleculen worden glucose moleculen gebouwd.

• Energie die hiervoor nodig is wordt geleverd door ATP en NADPH, H+ --> uit de lichtreactie 
• Voor de donkerreactie is geen licht nodig
• In stroma van het chloroplast

Een paar vragen:

1. Hoeveel NADPH,H is nodig om de Calvincyclus te doorlopen?
2. Hoeveel ATP is nodig om de Calvincyclus te doorlopen?
3. Hoeveel lichtreacties zijn nodig voor 1 donkerreactie? 

Lichtreactie:

12 H2O + 12 NADP + 18 ADP + 18 Pi + licht → 12 NADPH2 + 18 ATP + 6 O2

Donkerreactie

6 CO2 + 12 NADPH2 + 18 ATP → C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP+ 18 ADP + 18 Pi

------------------------------------------------------

Netto:

12 H2O + 6CO2 + licht → C6H12O6 + 6H2O + 6 O2

chemosynthese (binas 69D)

Verkrijgen energie door de oxidatie van anorganische stoffen. 

Komt voor bij chemoautotrofe bacteriën, zoals nitriet- en nitraatbacteriën.

De energie uit de oxidatie wordt tijdelijk opgeslagen in ATP. Met behulp van de energie in ATP en een waterstofdonor kan uit koolstofdioxide glucose worden gevormd.

chemosynthese (binas 69D)

Zwavelbacteriën oxideren waterstofsulfide (H2S) tot zwavel (S). 

2 H2S + O2 → 2 H2O + 2 S + energie

Zwavel kan verder worden geoxideerd tot zwavelzuur (H2SO4)

2 S + 2 H2O + 3 O2 → 2 H2SO4 + energie 

chemosynthese (binas 69D)

Nitriet- en nitraatbacteriën zijn chemoautotrofe bacteriën. 

Nitrietbacteriën oxideren ammoniak (of ammoniumionen):

2 NH3 + 3 O2 → 2 HNO2 + 2 H2O + energie

HNO2 wordt gesplitst in H+ -ionen en NO2− -ionen (nitrietionen). 

Nitraatbacteriën oxideren de nitrietionen verder tot nitraationen (NO3− ):

2 NO2− + O2 → 2 NO3− + energie

Leerdoelen behaald??

• Je kunt de fotosynthese en de chemosynthese beschrijven.

Aan de slag

B3: opdr 23 t/m 28

* Exciteren is het verhuizen van een elektron naar een andere schil van een atoom, die hoger op het energiespectrum ligt.

= indirect