Deel a: brandstof voor het leven



Dovnload 34.05 Kb.
Datum23.08.2016
Grootte34.05 Kb.


Samenvatting NLT: Brandstof voor het Leven!

Door: Fini De Gruyter

DEEL A: BRANDSTOF VOOR HET LEVEN:

Assimilatie: Opbouw van organische stoffen.

Dissimilatie: Afbraak van organische stoffen.

Aëroob: Met zuurstof.

Anaëroob: Zonder zuurstof.

licht


Fotosynthese: 6CO2 + 12H2O ---> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Fotosynthese is een koolstofassimilatie.




Cuticula: Een waslaag die de plant beschermd.

Palissadenparenchym: Cellen die aan de bovenkant van het blad zitten (zonzijde). Het bevat veel bladgroenkorrels (hier vind dus de fotosynthese plaats).

Sponsparenchym: Heeft minder bladgroenkorrels. Cellen hebben dunnere celwanden met veel ruimte tussen de cellen, voor transport van gassen, zoals CO2, O2 en waterdamp.

Bladnerven: Af en aanvoer van water en opgeloste stoffen.

Huidmondjes: (ev. stoma, mv. stomata) Zitten aan de onderkant van een blad. Maakt gastransport van en naar het blad mogelijk. Ze worden omgeven door sluitcellen die de huidmondjes kunnen openen en sluiten.

In elke plantencel zitten organellen. In de bladgroenkorrels (chloroplasten) vind fotosynthese plaats.





Chloroplast: Bladgroenkorrel, heeft vorm van een afgeronde schijf en wordt omgeven door 2 membranen.

Stroma: Ruimte binnen de binnenste membraan van de chloroplast. Hier bevinden zich veel eiwitten.

Thylakoïden: Liggen in het stroma. Platte schijven op elkaar gestapeld.

Granum: (mv. grana) 1 stapel thylakoïden.

Lumen: Ruimte binnenin de thylakoïdmembranen.
Op deze manier ontstaan verschillende compartimenten die essentieel zijn voor de fotosynthese (stroma, thylakoïdmembraan, lumen)
De golflengte van licht bepaald de kleur. Zichtbaar licht zit tussen de violet 380 – 750 rood. Hoe korter de golflengte hoe meer energie het licht heeft.
Fotonen: Licht als stroomdeeltjes

Pigmenten: Stoffen die licht absorberen.

Pigmenten Chlorofyl a, chlorofyl b en carotenoïden. Deze pigmenten zitten in het

van planten: thylakoïdmembraan.
Verschil chlorofyl a en chlorofyl b: bovenaan het lichtabsorberende gedeelte van het molecuul zit bij chlorofyl a CH3 en bij chlorofyl b CHO.

Een foton kun je zien als een pakketje energie. Een foton met een kortere golflengte heeft een groter pakketje energie. Die energie wordt overgedragen naar een pigmentmolecuul. Hier veranderd een elektron uit het molecuul van baan. De elektronen bewegen in een baan rond de atoomkern. In de normale baan heet dit de grondtoestand. Door het pakketje energie kan de elektron naar een hogere baan gaan die verder van de kern afzit. Dit heet de aangeslagen toestand. Dit is mogelijk als de foton wordt geabsorbeerd dat precies het juiste energiepakketje heeft. Voor elk pigment is de benodigde energie anders, dus elk pigment absorbeert een andere golflengte.


De elektron die in de aangeslagen toestand zit is niet stabiel, dus normaal geproken zou hij weer terugvallen naar de grondtoestand. De energie komt dan weer vrij, maar in de vorm van warmte of licht, en daar kan de plant niets mee.

In chloroplasten gaat het daarom anders. De pigmenten die de energie opneemt zit in ingewikkelde complexen ofwel de fotosystemen. De fotosystemen bevinden zich net als de pigmenten in de thylakoïdmembranen. Een fotosysteem bestaat uit een paarhonderd chlorofylmoleculen die gebonden zijn aan eiwitten. Chlorofylmoleculen met eiwitten die rond het reactiecentrum zitten wordt het antennecomplex genoemd. Lichtenergie wordt van het ene molecuul naar het andere gebracht totdat de energie aan het reactiecentrum kan worden doorgegeven. In dat reactiecentrum bevinden zich 2 speciale chlorofyl a moleculen. Pas als deze in de aangeslagen toestand komen, begint de fotosynthese. De elektronen worden losgemaakt van chlorofylmoleculen. Deze elektronen worden overgedragen op een elektronenacceptor.


Dit invangen van fotonen door het antennecomplex gebeurt op 2 plaatsen: Fotosysteem I en fotosysteem II. Fotosysteem II begint als eerste en daarop volgend komt fotosysteem I. het fotosysteem II complex wordt ook wel P680 genoemd, naar de golflengte die het best geabsorbeerd wordt. Het fotosysteem I complex wordt ook wel P700 genoemd.

Fotosysteem II:

Elke keer worden elektronen doorgegeven via elektronenacceptoren naar het reactiecentrum. Dit is zodat de energie niet in 1 keer vrijkomt, maar in kleine stapjes. De 2 chlorofyl moleculen worden aangeslagen. De elektronen worden in het reactiecentrum losgemaakt van deze chlorofylmoleculen (P680) Deze elektronen worden overgedragen op een elektronenacceptor. Hierdoor komt er een tekort aan elektronen. Bij fotosysteem II wordt dit gat opgevuld door water te splitsen. Hierbij komen O2, H+

en elektronen vrij. (H2O 2H+ + 2e- + ½ O2). De zuurstof vormt meteen O2 en verlaat de plant via de huidmondjes. De H+-jes worden gebruikt in de ATP Synthase. De twee aangeslagen elektronen vullen vervolgens het gat op in fotosysteem I.


ATP Synthase:

De H+-jes (protonen) komen binnen het tylakoïdmembraan terecht. De concentratie H+-jes loopt daar hoog op. Het transport van de H+-jes gaat van een lage naar een hogere concentratie, wat niet spontaan zal gebeuren. Het is hier wel mogelijk, doordat het gekoppeld is aan de elektronentransportketen. Hier kwam de energie van de aangeslagen elektronen langzaam vrij. Die energie kan gebruikt worden om de H+-jes binnen het thylakoïdmembraan te brengen. De ophoping van H+-jes binnen de thylakoïdmembranen kan je dan beschouwen als een stuwmeer aan H+-jes. Dit is een protonengradiënt. Ze kunnen dan naar de andere kant van het tylakoïdmembraan door een kanaaltje. (ATP-synthase complex) Dit levert energie (ATP) omdat de H+-jes die door de poort gaan de poort laat draaien. (Denk aan een poortje bij attracties waar de stang steeds een slag verder draait.)


Fotosysteem I:

Dit systeem is vergelijkbaar met fotosysteem II. Ook hier heb je antennecomplexen die licht opnemen en ook daar worden in het reactiecentrum elektronen losgemaakt van chlorofylmoleculen (ditmaal P700). Deze elektronen worden overgedragen op een elektronenacceptor. Hier ontstaat ook een gat van elektronen en die wordt opgevuld door de elektronen die via de elektronentransportketen geleverd worden door fotosysteem II.

De elektronen komen uiteindelijk bij NADP-reductase. Samen met H+ vormt dit NADPH (of NADPH2 of NADPH/H+). NADPH wordt gebruikt in de 2de fase van fotosynthese samen met de ATP van de ATP Synthase. In de donkerreactie ofwel Calvincyclus. De productie van fotosynthese is dus niet glucose, maar ATP en NADPH. Deze stoffen kan de plant gebruiken om suikers van te maken, te groeien en andere stofwisselingsprocessen.
ATP:

ATP staat voor Adenosine Tri Fosfaat (Phosphate). Het bestaat uit drie groepen: Een adenine groep, een ribose groep en 3 fosfaatgroepen.

ATP wordt gevormd uit ADP (difosfaat, dus maar 2 fosfaatgroepen) + een losse fosfaatgroep. Er is energie nodig om deze groepen aan elkaar te verbinden, omdat de fosfaatgroep en ADP allebei negatief geladen zijn. Die energie komt bij de planten uit de chloroplasten en in de mitochondriën (waar de verbranding plaatsvindt.) Deze energie komt weer vrij als ATP weer afgebroken wordt tot ADP + fosfaatgroep.

ADP + fosfaat + energie  ATP + H2O

ATP + H2O  ADP + fosfaat + energie
Donkerreactie/Calvincyclus:

Om ATP en NADPH te maken is licht nodig. Dit is dan ook de lichtreactie. bij de Calvincyclus is geen licht meer nodig en wordt daarom de donkerreactie genoemd. Er is nog wel licht nodig om dit te laten plaatsvinden, want als er geen ATP en NADPH gevormd worden, kan de Calvincyclus niet doorgaan en stopt deze.




De Calvincyclus maakt glucose.

1. Er wordt elke keer één molecuul CO2 toegevoegd aan een verbinding met 5 C-atomen. (ribulose-1,5-difosfaat)

2. Dit levert een C6-verbinding op. (Bestaat maar kort)

3. Deze C6-verbinding splitst meteen in 2 moleculen met 3 C-atomen. (glycerinezuur-3-fosfaat)

4. Deze 2 moleculen krijgen ieder een fosfaatgroep van ATP. (glycerinezuur-1,3-difosfaat)

5. Door NADPH wordt deze stof gereduceerd (glyceraldehyde-3-fosfaat).

6. Van deze stof kan in de chloroplast zetmeel worden gemaakt, of deze stof gaat naar het cytoplasma (dus uit de chloroplast) en wordt omgezet in andere koolhydraten, zoals glucose en sucrose.

7. Het andere molecuul blijft in de cyclus om weer opnieuw C5-verbinding te worden. Zo begint de cyclus opnieuw.


DEEL B BIOBRANDSTOFFEN:

Fossiele brandstoffen: Koolstofverbindingen die zijn ontstaan uit resten van dode organismen. Ruwweg energie van 300 miljoen jaar geleden. De energie zit opgeslagen in de organische stoffen van fotosynthese.
De organische resten zijn al lange tijd uit de koolstofkringloop verdwenen. Door gewicht van nieuwe aardlagen, waarbij onder hoge temperaturen omzetting in steenkool, aardolie of aardgas plaatvond. Nu worden deze lagen uit de grond gehaald.
Verbrandingsreactie: een reactie met zuurstof (oxidatie). Hierbij komt energie vrij. De beste brandstoffen zijn stoffen die het sterkst met zuurstof kunnen reageren.
Biobrandstof: Om meer brandstof te krijgen, moet je organische stoffen oogsten om er brandstof van te maken. Dit compenseert de broeikaseffect omdat de CO2 die opgenomen wordt door de plant weer verbruikt word. Bij biobrandstoffen zijn wel veel vraagstukken over de haalbaarheid en of het werkelijk goed is.
Hoe worden biobrandstoffen gemaakt?

Bio-ethanol: is de vervanger voor benzine. Het is gewone alcohol en wordt gemaakt door koolhydraten te laten vergisten. als grondstof wordt bijvoorbeeld maïs gebruikt. Het zetmeel in de maïs is niet voldoende om een motor te starten, maar de ethanol wel.


Biodiesel: voor productie van bio-diesel is olie of vet nodig. Vetten zijn ook triglyceriden. (glycerol met daaraan 3 vetzuurketens). Een Vetzuur is een zuurgroep met een lange koolstofketen.

triglyceride methanol glycerol methylesters:biodiesel


Triglyceriden zijn veel stroperiger dan diesel en om het dus te laten werken wordt de olie nog chemisch bewerkt. “omgeësterd”. Dit gebeurt met een alcohol, bijvoorbeeld methanol. Hierbij worden de 3 esterverbindingen tussen vetzuren en glycerol verbroken, en wordt elk vetzuur met één methanol veresterd, zodat losse ketens ontstaan. om de reactie te versnellen wordt een katalysator toegevoegd, zoals natronloog (NaOH) en alkoxiden (Na(CH3O). Het omesteren wordt bij een temperatuur van 60 graden en atmosferische druk gedaan. Vervolgens wordt biodiesel gezuiverd van glycerol en overmaat methanol door herhaald wassen met water.
Planten slaan de energie die ze maken niet alleen op in suiker en zetmeel, maar ook in oliën en vetten. Vetten behoren tot de lipiden. Deze lost slecht op in water, maar goed in organische oplosmiddelen. Vetten leveren meer energie dan de suikers en zetmeel. De meeste vetten komen voor zoals het 2de plaatje hierboven.
Vetzuursynthese

De vetzuursynthese bestaat uit een cyclisch condensatieproces. Dit is een chemische reactie waarin een vetzuurketen steeds met twee C-atomen wordt verlengd. Acetyl CoA is de precursor. In planten gebeurt dit in de chloroplasten en bij dieren in het cytoplasma. (Zie blz. 34 in gele boekje.)


Bij het ontwikkelen komt de term duurzaamheid steeds weer naar voren. Op wereldschaal is de behoefte aan brandstof groot. Je zou 125 keer Nederland nodig moeten hebben aan landbouwgrond om aan deze behoefte te voldoen.

Grote nadelen die hierbij komen:

- Er ontstaat een monocultuur.

- Er ontstaat mineralendeficiëntie. Een voorbeeld: In het regenwoud is de grond arm aan voedingsstoffen zoals N, P, K, Ca enz. Hier komt toch maar zelden een mineraaltekort voor, omdat de mineralen gerecycled worden. als je steeds op landbouwgrond nieuwe planten moet planten, komt er een mineraal tekort (mineralendeficiëntie)

- Mineralendeficiëntie kan leiden tot opbrengstvermindering.

- Door monocultuur worden planten vatbaarder voor ziekten en plagen.

- Energie investeren in opbrengst: bewerken landbouwgronden, verwerken van de oogst, vervoeren enz.

- Slechte bodemstructuur
Een tekort aan olie kan leiden tot een landbouwcrisis. De productie van biobrandstoffen komt in conflict met de voedselproductie. De prijzen van voedsel kan bijvoorbeeld flink stijgen door extra vraag naar dit voedsel.
De gevolgen van de grootschalige productie van biobrandstoffen voor het broeikaseffect:

Dragen biobrandstoffen wel bij aan het terugdringen van het broeikaseffect? Het in cultuur brengen van extra landbouwgronden kan een groot effect hebben op de bestaande ecosystemen.. Als gevolg van in cultuur brengen van landbouwgronden komt eerst een enorme hoeveelheid extra CO2 vrij. De koolstofvoorraad die in honderden jaren is opgebouwd komt door het bewerken van nieuwe akkers vrij als CO2. Hoelang het duurt voordat deze extra CO2-uitstoot gecompenseerd is hangt af van het energiegewas en het “opgeofferde” natuurlijk ecosysteem. Dit varieert van 17 jaar voor suikerriet die wordt geteeld in een opgeofferde Braziliaanse savanne tot 400 jaar voor oliepalmen geteeld in een opgeofferde tropische veengebieden in Maleisië.


Aantekeningen Coebergh:

Food print: ecologische voetafdruk
Koolstofkringlopen:

Littosfeer: Fossiele brandstoffen en sedimenten 99,8 %

Biosfeer: 0,001%

Hydrosfeer: Oceanen 0,05%

Atmosfeer: 0,001%

Totaal: 99,852%


Plastoquinon: (tussen fotosynthese II en I): Zie plaatje bij ATP Synthase.

Neemt elektron op en wordt daardoor negatief geladen. Dit wordt opgeheven door een H+ buiten het membraan. Als plastoquinon het elektron weer afstaat, staat hij ook de H+ af, maar dan binnen het membraan.

instantaan

Planten:voeding - koolhydraten

- vetten/oliën  C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O

- eiwitten

80jaar O2

 biobrandstoffen  2C6H14 + 19O2  12CO2 + 14 H2O

C7H16 + 11O2  7CO2 + 8H2O

300.000 jaar O2

 fossiele brandstoffen  aardgas: CH4 + 2O2  CO2 + 2 H2O

diesel: 2C14H30 + 43O2  28CO2 + 30H2O

Algemene reactie verbranding koolstof:

C0 + O20  [C4+O22-]0

▼ ▲

red oxi


4e- 4e-

Bij glycolyse wordt glucose afgebroken: Zie vetzuursynthese

O

||



C6H12O6  C3H4O3  CH3 – C – R

Glucose pyrodruivenzuur acetylgroep


CoA  CH3 – C – CoA + R  CH3 – CH2 – C – ACP

|| ||


O O
Zetmeel  lineair Cellulose  vertakt


Spijsvertering  stoffen afbreken

Stofwisseling  stoffen opbouwen tot bruikbaar


glycolyse

Fotosynthese  glucose (C6H12O6)  pyrodruivenzuur (C3H4O3)

Condensatie polymeer

 koolhydraten



Vetzuursynthese:

Voor biodiesel:


Rekenvoorbeeld:

Auto rijdt 1:10, je rijdt 100 km op benzine. Benzine: 2,4 kg Co2/L, 6000 kg CO2 per ha


1000 : 10 = 100 L

100 L benzine x 2,4 kg CO2/L = 240 kg CO2



240 kg CO2 : 6000 kg = 0,04 ha = 400 m2 bos.
Voor andere rekenvoorbeelden zie opdrachten in boek. Deel C is niet in deze samenvatting opgenomen.



De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina