Study Guides (238,653)
Canada (115,282)
York University (9,816)
ENVS 1500 (7)

Notes Exam 1500 .docx

16 Pages
Unlock Document

Environmental Studies
ENVS 1500
Gail Fraser

Photosynthesis  Photon: Packet of sunlight. Has both particle and wave properties.  Pigments: Any substance that absorbs light.  Solar radiation has a variety of wavelengths: Visible light fuels photosynthesis • T.E. Engelmann’s Experiment:   Hypothesis: If light can be separated spatially into component wavelengths,  oxygen concentration would be highest where the wavelengths involved in  photosynthesis are present.  • Pigments have colour but the colour you see is the reflected wavelength not the  absorbed.  • Photosynthesis depends on the wavelengths the photons absorbed by special light­ capturing molecules (pigments), not the reflected. Absorption begins energy transfer  process.  • Light­catching part of pigment molecule alternates between single and double bonds.  These bonds have electrons that can be excited and moved to another (higher) energy  level when they absorb light.  Electron excitation is first step to photosynthesis.  • Variety of photosynthetic pigments that absorb different wavelengths Colour of pigment is the wavelength that is reflected back that you can see. Black pigments absorb all kinds of wavelengths White and lighter pigments are really picky. They reflect almost all back. Photosynthetic pigments have their own characteristic absorption spectra. Ex. Chlorophyll (Green pigment) absorbs all wavelengths except green Chlorophylls: Main pigments that absorb light from two non­green regions.  Accessory pigments: Trap photons in other wavelengths and transfer the energy to main  pigments.  Photosystem function: Accessory pigments  ­ Most pigments in photosystem are accessory or harvester pigments.  ­ When excited they transfer energy to adjacent pigment molecules  ­ Each transfer uses energy (But energy also available for photosynthesis)  Photosystem: Reaction Center_  Energy is reduced to level that can be captured by molecule of chlorophyll a.  This Chlorophyll molecule is reaction center of a ‘photosystem’: Collection of pigments  and proteins   Reaction center accepts energy and transfers to non­pigment molecule in ETC.  Two stages of photosynthesis: Light vs. Dark reactions  Light­dependent reactions…  Pigments in chloroplast membranes absorb light energy and give up electrons that enter  ETC to produce ATP and NADPH.  Pigments that give up electrons get replaced electrons from split water molecule and O  is 2 released as waste product.  ETC: Electron transport chain: Adjacent to pigment system and is embedded in membrane. Acceptor molecule in chain transfers electron from pigment reaction center to next  molecule in chain.  As electrons pass energy that is released is used to make ATP.  Photosystem:  Arrangement of chlorophyll and other pigments packed into thylakoid.  Eukaryotic plants have two photosystems: I and II.  I: Uses chlorophyll a, in form P700.  II: Uses different form of chlorophyll a, as P680. Second to be discovered.  Difference between I and II?  ­ PS I produces reducing power (H+) which is added to carbon dioxide in dark cycle  to make glucose  ­ PSII produces ATP, O an2 electrons used to replenish electrons lost from  chlorophyll  Light independent: Dark Reactions  ­ Synthesizes organic carbon  ­ Can proceed in the dark using ATP and NADPH from light reactions.  ­ Takes place in stoma (non­membrane part of chloroplast)  ­ Called ‘Calvin­Benson’ Cycle  ­ Cyclic reaction pathway  Produce: Glucose + ADP + NADP+  Summary: Photons ­> Pigments ­> Electrons ­> ATP/NADPH ­> Sugars Gases diffuse through small pores in leaves called stomata. Leaves loose too much water when  stomata are open, problem for plants in hot areas.  Two types of dark cycles evolved for this: C3 and C4 (For desert plants since more  efficient at water conservation).  C3: Called this because CO2 first incorporated into 3­carbon compound. Occurs everywhere in  leaf. More efficient under cool and moist conditions and normal light, requires less machinery.  C4: CO2 first incorporated into 4­carbon compound. Takes place in inner cell. Better for dry  places. Faster. Stomata not open as much.  Respiration     All respiration (in organisms) begins with glycolysis, which proceeds without oxygen in cell  cytoplasm. Not an efficient ATP producer though.  In absence of oxygen, fermentation begins (anaerobic) and occurs in cytoplasm. Not efficient ATP  maker as well.  When oxygen is present, Krebs cycle + ETC activated. ETC occurs in membrane of  mitochondrion. Very efficient ATP producer.  Anaerobic pathway:  ­ Evolved later ­ Requires oxygen ­ Starts with glycolysis in cytoplasm  ­ Completed in cell mitochondria Step 1: Glycolysis: Splits 1 molecule of glucose into 2 pyruvates: Generates 2 ATP and 2 NADPH  (for transfer of H+ and e­) in the process.  Step 2: Krebs cycle: Generates 2 ATP and lots of reducing power (H+ and e­) as NADH and  FADH , 2O is 2 ste product.  Step 3: ETC: Uses reducing power producing 32 ATP. Electrons and H+ are transferred to oxygen  to produce water. TOTAL ATP: 36 molecules. (2 in gly., 2 in Krebs, 32 in ETC) Role of Coenzymes:  ­ NAD+ and FAD accept electrons and hydrogen and are converted to NADH and  FADH  i2 first 2 steps  ­ They deliver electrons and hydrogen icons ‘stripped’ from glucose to the ETC  which produces ATP  Glycolysis: 2 stages 1) Energy requiring steps  ­ Energy from 2 ATP activates glucose and its six­carbon derivatives  2) Energy­releasing steps ­ Products of first part are split into 3­C pyruvates  ­ 4 ATP and 2 NADH form  ­ 2 Net produced ATP (2 in, 4 out net)  Glycolysis: Multiple steps First and second stages of glycolysis actually involve 9 steps (glucose ­ > 2 Pyruvate)  These steps basically rearrange the C and P atoms in sequence. Each step requires specific  enzyme.  Second stage Reactions: Aerobic Respiration:  (LEO THE LION SAYS GER)  1) Preparatory reaction begins with pyruvate  ­ 3 carbon pyruvate is converted to 2­C ‘acetyl unit’ and one CO . 2 + ­ NAD  is reduced to NADH (this is production of reducing power)  2) Krebs Cycle  ­ Acetyl units are oxidized to CO 2  ­ NAD and FAD are reduced to NADH and FADH 2 Overall reactants per pyruvate molecule: Overall Products per pyruvate molecule:      ­ 1 Acetyl­CoA      ­ 1 Coenzyme A      ­ 3 NAD +     ­ 2 CO2       ­ 1 FAD     ­ 3 NADH       ­ 1 ADP and 1 P i      ­ 1 FADH 2     1 ATP  Results of stage 2:  All carbon molecules end up as CO 2 Coenzymes (FAD, NAD ) are reduced (they pick up electrons and hydrogen to shuttle to  ETC)  One molecule of ATP forms per pyruvate  4 – C oxaloacetate regenerates to acetyl­coenzyme A for re­use in next cycle.  MAIN FUNCTION OF STAGES (ABOVE): TO PRODUCE REDUCING POWER (i.e. electrons  and Hydrogen for ETC chain).  Electron transport chain and phosphorylation: Stage 3 • Occurs in mitochondrial membrane.  • Coenzymes NADH and FADH  deliver e2ectrons to ETC • Electron transfer sets up H+ ion gradient across mitochondrial membrane (gradient  is temporary form of stored energy, like water behind a dam for electricity).  • Flow of H+ down the gradient powers ATP formation from ADP and P i  • Main function to produce ATP  Chemiosmotic model of Energy storage: ETC’s H  ion gradient across mitochondrial membrane  creates temporary energy storage.  The H ion gradient powers ATP production.  Importance of oxygen:  • Electron transport ‘phosphorylation’ (i.e. creation of ATP from ADP and P by the i  ETC) requires presence of oxygen at the end of transfer chain to accept the electron.  +  • Oxygen takes spent electrons from ETC and combines with H to form water.  Electrons cannot accumulate in cell, that’s why electron acceptor (O ) is 2ssential to  aerobic respiration.  Anoxic Pathways  • No oxygen  • Produce less ATP than aerobic pathways • Two types: o Fermentation (2 kinds)  o Anaerobic electron transport  Used by: Single celled organisms, bacteria and yeast. Multicellular organisms are obligate  anaerobes (cannot survive without O )2  Fermentation:  • Begins with glycolysis  • Does not break glucose down completely (to CO  an2 H O) 2 • Yields only 2 ATP and some reducing power  • Steps that follow glycolysis are only there to regenerate NAD+ for reuse in  glycolysis.  2 kinds of fermentation:  1) Lactate: Fermenters produce lactate (lactic acid) from pyruvate. 2) Alcoholic: Fermenters produce ethanol. Used to make beer, wine and what not.  Why does lactic acid build up in muscles? ­ As oxygen is limited (when working out we try to breath faster) body temporarily  switches to anaerobic, converting pyruvate into lactate. Working muscle cells can continue  anaerobic energy production at high rates in short time.  Anaerobic ETC:  • Similar to oxygen based system but does not use oxygen • Carried by certain bacteria  • ETC is in the bacterial plasma (outer) membrane.  • Final electron acceptors are inorganic (nitrate and sulfate) not2O • ATP yield is much lower than from oxygen, slightly higher than fermentation  Cells: Cell structure and Function  • Cell is a smallest unit having properties of life such as self­organization and self­ replication.  • Life exists because cells divide and grow.  • Cell can survive on its on  • Highly organized for metabolism  • Senses and responds to environment  • Has potential to reproduce  Why so small? > As size increases it takes more time to get external compounds into and around the cell.  Also distance from membrane to cell center grows.  > To overcome this cardiovascular systems have been dedicated as transport systems  Two types of cells:  1) Prokaryotic (Evolved first): ­ Have no internal membrane­bound organelles  2)  Eukaryotic (Evolved from prokaryotes)  ­ Has membrane­bound organelles and specialized organelles for specialized  activities  Both cells have plasma (outer) membrane, region where DNA is stored and cytoplasm (cellular  substance).  Prokaryotic Cells:  • DNA is not in membrane­bound nucleus  • Smallest and simplest • No membrane­bound organelles, no internal membrane  • First to evolve  • 2 groups: o Archaebacteria (live in extreme habitats)  o Eubacteria (more common and widespread)   Both differ from each other in metabolic abilities, composition of membranes and  structure of ribosomes.  • Prokaryotic structure: o Pilus: Hair like structure on surface, helps grip and used to exchange genetic  material  o Flagellum: Whip like appendage used for locomotion  o Cytoplasm: Cellular substance outside nucleus  o Plasma membrane: outer membrane of cell  o Cell wall: Outer layer of bacteria exposed to outside environment  o DNA: Genetic information  • Nucleoid – Central region in bacteria where DNA is concentrated but its not a true  nucleus. Imaginary structure, no physical boundary enclosing it.  Eukaryotic Cells:  • Have complex internal structure. Have nucleus and organelles and a cytoskeleton.  • Evolved from simpler prokaryotic cells (e.g. bacteria)  Cell wall, central vacuole and chloroplast are only found in plant cells not animal cells.  • Function of nucleus: Keeps DNA protected and separated from metabolic  machinery.  o To also isolate DNA related functions into a smaller chamber for better control and  efficiency.  • DNA is organized into distinctive chromosomes (while prokaryotic cells contain  only 1 circular DNA molecule and a bunch of different circlets of DNA called plasmids)  • Eukaryotic DNA Has complex proteins called histones  • Eukaryotic nucleus: o Chromatin: Complex of nucleic acids and proteins, primarily histones that  condenses to form chromosomes during division  o Nuclear envelope is structure around nucleus o Nucleoplasm is liquid surrounding chromosomes  o Nucleolus is a knot of specialized chromatin that manufactures ribosomes  Ribosomes: Site of protein synthesis: • Copies of DNA are made using different sugar (Ribose) to make RNA.  • 3 kinds of RNA o Ribosomal RNA (rRNA) become ribosomes which are sites for protein synthesis  o Messenger RNA (mRNA) travels to ribosomes where they dictate the specific  sequence of amino acids.  o Transfer RNA (tRNA) transport specific amino acids to their proper positions as  specified by mRNA on ribosome during protein synthesis.  Cytomembrane system (C.M): • C.M. system is group of related organelles (E.R, Golgi bodies, Vesicles) in which  lipids are assembled and new polypeptide chains are modified. • After manufacturing products are sorted and shipped via the ER to various  destinations.  Endoplasmic Reticulum: ER –  • Cannels continuous with nuclear membrane • Extends throughout cytoplasm  • Two regions visible – rough (with ribosomes) and smooth (no ribosomes)  Golgi Body: • Adds finishing touches on proteins and lipids • Packages finished material for shipment  • Material arrives and leaves in vesicles  Vesicles: • Membranous sacs that move around in cytoplasm. Sites of digestion. Formed by  pinching of membranes in ER, Golgi bodies and outer membranes  • Two kinds: o Lysosomes: contain enzymes that break down cellular components o Peroxisomes: contain enzymes that rid cell of toxic hydrogen peroxide (by product  of respiration)  Mitochondria:
More Less

Related notes for ENVS 1500

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.