Livets to store energireaksjoner – fotosyntesen som fanger sollys og celleåndingen som frigjør energien – er speilbilder av hverandre
01 / 09
☀️ Oversikt
To speilvendte reaksjoner
Fotosyntese og celleånding er motsetningene som driver alt liv. De er nøyaktig motsatt av hverandre – stoffer som lages i den ene brukes i den andre.
☀️ Fotosyntese
6CO₂ + 6H₂O + lys → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
📍
Sted: Kloroplast (thylakoid + stroma)
⬅️
Retning: Energi INN (endoterm)
🌿
Utføres av: Planter, alger, cyanobakterier
🔥 Celleånding
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP
📍
Sted: Cytoplasma + mitokondrie
➡️
Retning: Energi UT (eksoterm)
🦠
Utføres av: Nesten alle levende organismer
02 / 09
🌿 Kloroplasten
Kloroplasten – fotosyntesens fabrikk
Kloroplasten er en dobbelmembran-organell med to distinkte rom der de to fasene av fotosyntesen foregår.
📚
Thylakoid: Flattrykte, membranholdige sekker stablet i graner. Klorofyll og andre fotosystemer sitter i thylakoidmembranene. Her skjer lysreaksjonene.
🌊
Stroma: Væsken rundt thylakoidene. Her foregår Calvin-syklusen (de mørke reaksjonene). Inneholder enzymer og DNA (kloroplaster har sitt eget genom!).
🌿
Klorofyll: Det grønne pigmentet absorberer rødt (680 nm) og blått (430 nm) lys – reflekterer grønt. Klorofyll a og b er de viktigste. Karotenoidene er gule/oransje.
🔬
Endosymbiose: Kloroplaster var opprinnelig cyanobakterier som ble «svelgt» av en eukaryot celle for ~1,5 mrd år siden. Har egen dobbel membran og eget DNA.
03 / 09
⚡ Lysreaksjoner
Lysreaksjonene – ATP og NADPH
I thylakoidmembranene omdannes sollysenergi til kjemisk energi (ATP og NADPH) ved hjelp av to fotosystemer.
🔴
Fotosystem II (P680): Absorberer lys ved 680 nm. Spalter vann (fotolysis): 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂. Oksygenet vi puster er et biprodukt av dette!
🔵
Elektrontransportkjeden: Elektroner overføres fra PS II til PS I via proteinkomplekser. Energien pumper H⁺ over membranen. H⁺-gradienten driver ATP-syntase (som en motor).
🟡
Fotosystem I (P700): Absorberer lys ved 700 nm. Re-energiserer elektroner. Disse brukes til å redusere NADP⁺ → NADPH (bærer av elektroner og H).
⚡
Produkter: ATP (energivaluta) og NADPH (reduksjonskraft). Begge brukes i Calvin-syklusen. ~3 ATP per 2 NADPH produsert.
04 / 09
🔄 Calvin-syklusen
Calvin-syklusen – glukose fra CO₂
I stromaet brukes ATP og NADPH fra lysreaksjonene til å fiksere CO₂ og bygge glukose – uten behov for lys direkte.
1️⃣
Karbonfiksering: CO₂ binder seg til RuBP (5C) katalysert av enzymet RuBisCO → 2 molekyler 3-PGA (3C). RuBisCO er det mest tallrike enzymet på jorda.
2️⃣
Reduksjon: 3-PGA reduseres med NADPH og ATP → G3P (glyseraldehyd-3-fosfat). G3P er byggesteinen for sukker, aminosyrer og fettsyrer.
3️⃣
Regenerering av RuBP: Mesteparten av G3P brukes til å regenerere RuBP med ATP – syklusen kan fortsette. Kun 1 av 6 G3P brukes til glukosesyntese.
📊
Regnestykket: For å lage 1 glukose (6C) trengs: 6 CO₂, 18 ATP og 12 NADPH. Syklusen fullføres 6 ganger.
05 / 09
🔥 Celleånding
Aerob celleånding – tre faser
Celleånding frigjør energi fra glukose i tre faser. Total ATP-gevinst: ~30–32 ATP per glukosemolekyl.
1️⃣
Glykolyse (cytoplasma): Glukose (6C) → 2 pyruvat (3C) + 2 ATP (netto) + 2 NADH. Foregår uten oksygen. Eldste metabolsk vei – finnes i alle levende celler.
Oksidativ fosforylering (indre mitokondriemembran): NADH og FADH₂ driver elektrontransportkjeden. O₂ er sluttakseptor. ~26–28 ATP produseres. Vann dannes: 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂ → H₂O.
⚡
ATP-gevinst: Glykolyse: 2 ATP. Sitronsyre: 2 ATP. Elektrontransport: ~28 ATP. Total: ~32 ATP per glukose. Sammenlign anaerob gjæring: bare 2 ATP!
06 / 09
⚡ Anaerob
Anaerob respirasjon og gjæring
Uten oksygen kan celler produsere ATP gjennom gjæring – men langt mindre effektivt. Kun 2 ATP per glukose.
🍺
Alkoholgjæring (gjær, planter): Pyruvat → Etanol + CO₂. Gjær bruker dette i brødbaking (CO₂ hever deigen) og ølbrygging (etanol). Reversibelt ved tilgang til O₂.
💪
Melkesyregjæring (muskler): Pyruvat → Melkesyre (laktat). Skjer i musklene ved intenst arbeid når O₂ ikke leveres fort nok. Gir «melkesyrebrenning».
🦠
Anaerobe bakterier: Bruker sulfat, nitrat eller CO₂ som sluttakseptor i stedet for O₂. Viktig i jordsmonn og havbunnsedimenter. Produserer H₂S, CH₄ og N₂.
📊
Sammenligning: Aerob: ~32 ATP. Anaerob/gjæring: 2 ATP. Hvorfor gjærer celler da? Fordi det går mye raskere – muskler kan produsere ATP 100× raskere ved sprint.
08 / 09
🌡️ Faktorer
Begrensende faktorer og C4/CAM-tilpasninger
Fotosyntesehastigheten begrenses av det faktoren som er nærmest minimumsnivået (Liebigs minimumsprinsipp). Planter har utviklet ulike strategier for å maksimere fotosyntesen under ulike miljøforhold.
☀️
Lys som begrensende faktor: Lyskompensasjonspunkt: der fotosynteserate = respirasjonshastighet (netto gasskasse = 0). Under: planten bruker mer enn den produserer. Lysmettingspunkt: videre lysøkning gir ikke mer fotosyntese (Rubisco er mettet). Skyggetilpassede planter har lavere lyskompensasjonspunkt.
🌡️
Temperatur som begrensende faktor: Enzymkinetikk: dobler hastigheten per 10°C opp til optimum (~25–35°C for de fleste planter). Over optimum: enzymer denatureres. CO₂-konsentrasjon er begrensende ved lav konsentrasjon – Rubisco (nøkkelenzym i Calvin-syklusen) er lite effektivt og kan reagere med O₂ i stedet (fotorespirering).
🌵
C4-planter (mais, sukkerrør): Konsentrerer CO₂ rundt Rubisco via et to-trinns system. CO₂ bindes først i mesofyllceller (C4-syre), fraktes til buntskjedeceller og frigis der for Calvin-syklusen. Effekt: unngår fotorespirering, mer effektiv ved høy temperatur og lys. Bedre under klimaendringer.
🌵
CAM-planter (kaktus, ananas): Crassulacean Acid Metabolism – åpner spalteåpninger (stomata) om natten for å ta opp CO₂ (binder det som C4-syre). Om dagen: lukker spalteåpningene (hindrer vanntap), bruker lagret CO₂ i Calvin-syklusen. Ekstremt vannsparende – perfekt for ørkentilpasning.