Transcript dokazivanje ugljenih hidrata nastalih procesom fotosinteze

DOKAZIVANJE UGLJENIH
HIDRATA NASTALIH
PROCESOM FOTOSINTEZE
AUTOTROFIJA
Sposobnost zelenih biljaka da iz
spoljašnje sredine uzimaju samo ugljendioksid, nitrate, sulfate, a pored njih
fosfat i vodu i da od njih izgrađuju sve
ugljene hidrate, proteine, nukleinske
kiseline i lipide.
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
• 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.
PREGLED FOTOSINTEZE
SVETLA FAZA
FOTOSINTEZE
TAMNA FAZA
FOTOSINTEZE
Gde se odvija?
u tilakoidima
u matriksu ili stromi
hloroplasta
Šta se događa?
svetlosna energija se
pretvara u
vezuje CO2 u ugljene hidrate
hemijsku
Potrebni uslovi?
svetlost, H2O,
NADP i ADP
ATP, NADPH+H+
Konačni produkti
NADPH+H+, ATP,
O2
fruktoza, glukoza, skrob
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
• GDE SE ODVIJA?
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
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.
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
hlorofil
• 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.
KALVINOV CIKLUS =
Reduktivni pentozo fosfatni ciklus
• 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
18 ATP.
• 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
• 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.
• 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.
Sinteza skroba u hloroplastima
• Primarni skrob koji se izgrađuje u
hloroplastima nastaje od fruktoza-6-fosfata (F6-P), koji napušta reduktivni ciklus
• Sintezu skroba obavljaju dva enzima:
– Glukozilna transferaza
– Q-enzim
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
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.
SKROB
• Granule skroba imaju složen unutrašnji
raspored gde su molekuli homopolisaharida
sređeni i imaju sferno kristalnu strukturu
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
• 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).
• Cilj:
• Dokazivanje prisustva skroba u listu
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.
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.
Reduktivni šećeri
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
• 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 bakarsulfat, 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.
• Cilj:
• Dokazati prisustvo redukujućih šećera u
listovima.
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.