DOKAZIVANJE UGLJENIH HIDRATA NASTALIH PROCESOM FOTOSINTEZE

1. DOKAZIVANJE UGLJENIH HIDRATA NASTALIH PROCESOM FOTOSINTEZE

2. AUTOTROFIJA • Sposobnost zelenih biljaka da iz spoljašnje sredine uzimaju samo ugljen-dioksid, nitrate, sulfate, a pored njih fosfat i vodu i da od njih izgrađuju sve ugljene hidrate, proteine, nukleinske kiseline i lipide.

3. FOTOSINTEZA • Fotosinteza je jedinstven proces u živom svetu u kome se zahvaljujući prisustvu zelenih pigmenata u biljkama apsorbovana svetlosna energija transformiše u korisnu hemijsku energiju. • 6 CO2 + 12 H2O = C6H12O6 + 6 O2 +6 H2O

4. Ceo život na Zemlji zavisi od sunčeve energije. Svi fotosintetski aktivni organizmi u toku jedne godine proizvedu približno 150 milijardi tona ugljenih hidrata. Zahvaljujući fotosintezi za poslednje 2 milijarde godina 5 puta se povećala količina kiseonika u vazduhu.

5. PREGLED FOTOSINTEZE

6. PODELA BILJAKA • Fotohemijska redukcija CO2 do ugljenih hidrata: C3, C4, CAM • C3 biljke: prvo hemijski stabilno jedinjenje je sa 3 C atoma (3-fosfoglicerinska kiselina) –Kalvinov ciklus; trioze se transformišu u heksoze, ove dalje u skrob ili saharozu • C4 i CAM:prvo hemijski stabilno jedinjenje je sa 4 C atoma

7. GDE SE ODVIJA?

8. HLOROPLASTI • U zelenim delovima biljke koji sadrže hloroplaste. • Jedna biljna ćelija može imati 40 - 50 hloroplasta. • Hloroplasti su ovalnog oblika, prečnika 4 - 10 m, debljine 3 - 4 m. • Hloroplasti su obavijeni sa dve membrane, čija je debljina 6 nm, a između njih se nalazi periplastidijalni prostor, širok 10 - 20 nm • Spoljašnja je slična ostalim membranama u ćeliji • Membrane tilakoida se znatno razlikuju, jer se lipidi koji ulaze u njihov sastav veoma retko nalaze u nefotosintetičkim biološkim membranama, glavni regulatori transporta između hloroplasta i citoplazme

10. HLOROPLASTI Stroma je rastvor sličan citosolu, u kome se nalaze produkti fotosinteze (skrobna zrna) i mnogi metaboliti,proteini koji imaju enzimatske funkcije, kao i nukleinske kiseline. U stromi se izgrađuju i pigmenti koji učestvuju u fotosintezi. Stroma sadrži i plastoglobule, lipidne kapi, koje su naročito brojne kod biljaka koje rastu u mraku i u listovima koji stare.

11. U svim fotohemijskim procesima svetlost može biti aktivna samo ako je apsorbovana. Apsorbciju svetlost odredjenih talasnih dužina obavljaju pigmenti. • Akcioni spektar se predstavlja grafički kao intezitet procesa (količina O2) u funkciji talasne dužine, jasno je da se akcioni spektri moraju podudarati sa apsorcionim. • U fotosintezi učestvuju tri grupe pigmenata: hlorofili, karotenoidi i fikobilini

13. hlorofil

14. Svi fotosintetički organizmi imaju po 4 do 5 supramolekulska kompleksa na tilakoidnoj membrani: • fotosistem I • fotosistem II • kompleks citohroma b6f ili bc1 • kompleks proteina i pigmenata koji skupljaju svetlost • sintaza adenozin trifosfata (reverzna ATPaza) • Fotosistemi obuhvataju specijalne molekule hlorofila a kao i primarne akceptore elektrona.

16. KALVINOV CIKLUS = Reduktivni pentozo fosfatni ciklus

17. Pri svakom obrtanju ciklusa jedan molekul CO2 ugradjuje se u organska jedinjenja, za to su potrebna 2 molekula NADPH i 3 molekula ATP. • Da bi se izgradio jedan molekul heksoze, potrebno je da se ciklus ponovi 6 puta i da se utroši 12 NADPH i 18ATP. • 3 mol RuBP + 3 mol CO2→ 3mol RuBP + 1 mol trioze • Ako se ove količine pomnože sa 2 izlazi da 6 mola Ru-1,5-BP vezuje 6 mola CO2, a zatim regenerišu 6 mola Ru-1,5-BP, dok 1 mol heksoze ostaje kao čist prinos 6 puta ponovljene karboksilacije

18. Postoje dve tačke u 24-satnom periodu kada su fotosinteza i unutrašnje disanje biljke u ravnoteži. Te tačke se zovu kompenzacione tačke i normalno se javljaju u zoru i sumrak. Tada fotosinteza proizvodi tačne količine ugljenih hidrata i kiseonika za unutrašnje disanje, a unutrašnje disanje proizvodi tačne količine ugljen-dioksida i vode za fotosintezu.

19. Trioza fosfat, kao čist prinos reduktivnog ciklusa, koriste se za sintezu skroba i saharoze • Primarni skrob se izgrađuje u hloroplastima i može u njima ostati kao privremena rezerva, a zatim se razlaže i u tom obliku prenosi u citoplazmu. • Saharoza se izgrađuje u citoplazmi asimilacione ćelije i u tom obliku transportuje u sve druge ćelije i organe biljke.

20. Sinteza skroba u hloroplastima • Primarni skrob koji se izgrađuje u hloroplastima nastaje od fruktoza-6-fosfata (F-6-P), koji napušta reduktivni ciklus • Sintezu skroba obavljaju dva enzima: • Glukozilna transferaza • Q-enzim

21. Razlaganje skroba u hloroplastima • Kada se fotosinteza uspori ili sasvim prestane, kao što se dešava u mraku, skrob se razlaže obrnutim procesima pomoću skrobne fosforilaze do G-1-P. • U mraku se skrob verovatno može razložiti i pomoću amilaze, tako da u citoplazmu izlazi glukoza

22. DOKAZIVANJE SKROBA U LISTOVIMA • Skrob (amylum), štirak, je najvažniji rezervni polisaharid biljnog porekla, kao što je glikogen životinjskog. Nastaje u procesu fotosinteze i nagomilava se u korenu, krtolama, semenu, stablu i plodovima biljaka, a ima ga i u nekim mikroorganizmima. Deponovan je u amiloplastu u vidu zrnaca. Izdvojen se takođe nalazi u obliku zrnaca veličine od 2 do 130 µm. Služi kao rezervna hrana u toku rasta biljaka ili kao polazni energetski materijal semena i krtola pri klijanju.

23. SKROB • Granule skroba imaju složen unutrašnji raspored gde su molekuli homopolisaharida sređeni i imaju sferno kristalnu strukturu

24. SASTAV SKROBA • U sastav skroba ulaze dve komponente: amiloza i amilopektin. Amiloza je izgrađena iz molekula glukoze međusobno povezanih α1 - 4 glukozidnim vezama, dok amilopektin sadrži dva lanca: osnovni lanac gde su molekuli glukoze takođe povezane α 1 – 4 glukozidnim vezama i bočni lanac koji se sastoji od molekula glukoze povezanih α 1 - 6 glukozidnim vezama

25. Amiloza se ne rastvara u hladnoj vodi. Daje plavu boju sa jodom, a sa alkoholima, ketonima, masnim kiselinama gradi mikrokristalne taloge. Ovakvo ponašanje objašnjava se spiralnom strukturom amiloze u čiju šupljinu mogu da uđu neka druga jedinjenja (inkluziona jedinjenja).

26. Cilj: • Dokazivanje prisustva skroba u listu

27. NAČIN RADA • Koriste se listovi biljaka koje su bile na svetlu i u mraku • Iseći 2cm2 lista i staviti u epruvetu sa 5 ml destilovane vode i kuvati nekoliko minuta. • Listove potom prebaciti u epruvetu sa 5 ml 70% etanola, pokriti epruvetu aluminijskom folijom i kuvati na rešou oko pet minuta dok listovi ne pobele. • Listove zatim isprati destilovanom vodom, osušiti filter-papirom i uroniti u Lugolov reagens.

28. DOKAZIVANJE REDUKUJUĆIH ŠEĆERA Redukujući šećeri su svi šećeri koji imaju slobodnu aldehidnu (aldoze) ili keto funkcionalnu grupu (ketoze) u svom sastavu. Zahvaljujući tim grupama, ovi šećeri se lako oksiduju pri čemu pokazuju redukujuća svojstva. Na ovom svojstvu se i zasniva dokazivanje neredukujućih šećera.

29. Reduktivni šećeri

31. DOKAZIVANJE REDUKUJUĆIH ŠEĆERA • U reakciji sa blagim oksidansima, kao što je Fehlingov reagens koji se sastoji od Felinga I (CuSO4) i Felinga II (C4H4KNaO6 + NaOH), redukujući šećeri se oksiduju, a bakar se redukuje iz dvovalentnog oblika (u Fehlingovom reagensu) u jednovalentni oblik (Cu2O). Vizuelno se to manifestuje obezbojenjem plave boje Fehlingovog reagensa i taloženjem crvenosmeđeg bakar(I)oksida .

33. K,Na tartarat kao dvojna so, na kraju reakcije uvek ostane nepromenjena, samo se bakarni jon, zameni sa vodonikovim atomima. • Princip reakcije jeste takav, da kada se doda bakar-sulfat, bakar prelazi iz 2+ u 1+ i gradi Cu2O koji pada kao crveni talog,a sam šećer se oksiduje do odgovarajuće kiseline. • Jon bakra je koordinovan sa tartaratom, a hidroksilna grupa je tu pretežno da potpomogne prelaz ketoza u aldoze koje podležu reakciji. • U rastvoru prvo reaguju otvoreni (aciklični) oblici šećera, a pošto stoje u ravnoteži sa cikličnim, nakon njihove reakcije se troše i ciklični oblici.

34. Cilj: • Dokazati prisustvo redukujućih šećera u listovima.

35. NAČIN RADA • Listove i plodove datih biljnih vrsta u avanu usitniti i macerirati uz dodatak kvarcnog peska radi bolje homogenizacije. • Maceratu dodati 2 ml destilovane vode i celi sadržaj profiltrirati u epruvetu. • U epruvetu pipetom dodati 2 ml Fehlingovog reagensa, staviti epruvetu u posudu sa vodom i grejati na rešou par minuta.