Fotosyntéza a biologické oxidace – maturitní otázka

Otázka: Fotosyntéza a biologické oxidace

Předmět: Biologie

Přidal(a): Ivana Černíková

FOTOSYNTÉZA = fotosyntetická asimilace:

Jediný proces, při němž vzniká v přírodě kyslík
K přeměně jednoduchých látek (CO₂, H₂O) na složitější organické látky – cukry – (syntéza) využívají zelené rostliny energie fotonů viditelné části slunečního spektra – jsou zachycovány barvivy plastidů
Energie fotonů je předávána molekulám chlorofylu A, který se zachyceným fotonem excituje (uvolní se energeticky bohatý elektron).
Fungovala už cca před 3,5 mld let u mikroorganismů, před 2 mld let – vznikly sinice

PRŮBĚH FOTOSYNTÉZY:

a) Světelná fáze = fotochemická – probíhá za přítomnosti světla v membráně tylakoidů v chloroplastech

Absorpce světla chlorofylem – světlo je zachyceno pomocí fotosyntetických barviv v plastidech: chlorofylem A a B, fykocyaninem, fykoerythrinem, xanthofyly a karotenoidy.
Přenos elektronů – chlorofyl A absorbuje energii 2 fotonů (excitace)
Fotolýza (štěpení) vody – dochází k rozkladu molekul vody účinkem světla, při reakci vzniká jako vedlejší produkt kyslík

2H₂O -> 2H₂ + O₂

Vznik ATP fotosyntetickou fosforylací – elektrony ztrácejí část energie, dochází k její fixaci do chemické vazby a k získávání ATP (zdroj energie pro temnostní fázi, univerzální a krátkodobý přenašeč energie)

Fosforylace:

Cyklická – dopadající světlo (2 fotony) excituje 2 molekuly chlorofylu a ty odevzdávají 2 e^– ferredoxinu (protein obsahující Fe a S), z něhož jsou přeneseny zpět na chlorofyl – uvolní se energie a ta je využita pro tvorbu ATP

Necyklická – oba e^– jsou předány opět ferredoxinu a od něj koenzymu NADP+, který se tím redukuje a váže protony uvolněné při fotolýze H2O => NADP se mění na NADP + H⁺

b) Temnostní fáze = termochemická – sekundární proces fotosyntézy

Chemická energie ATP je využita na vázání CO2 a jeho redukci na sacharidy, nepotřebuje světlo, probíhá ve stomatu chloroplastů
Soubor těchto reakcí se nazývá Calvinův cyklus
- Vstupují do něj: CO2, redukovaná forma NADPH, molekuly ATP
- Vystupují: glukóza (vzniká redukcí CO2), molekuly ADP, oxidovaná forma NADP+

6 CO₂ + 18 ATP + 12 NADPH -> C₆H₁₂O₆ + 18 ADP + 18 P + 12 NADP⁺

VNĚJŠÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ FOTOSYNTÉZU:

Světlo – nejintenzivněji probíhá na červeném světle
Délka osvětlení – u nedostatečně dlouho osvětlených rostlin blednou listy
Teplota – nejlépe mezi 25-30°C
Obsah CO2 ve vzduchu – vysoký nebo nízký obsah může fotosyntézu zastavit
Dostatek vody a minerálních látek

VNITŘNÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ FOTOSYNTÉZU:

Množství chloroplastů v buňkách
Celkový stav rostliny a její stáří

C3 ROSTLINY:

Rostliny mírného pásmy – průduchy uzavírají jen v horkém a suchém počasí (ochrana před vyschnutím). Calvinův cyklus jinak probíhá bez změn.

C4 ROSTLINY:

Tropické a subtropické rostliny, odlišná anatomie listu
V Calvinově cyklu vytváří čtyřuhlíkatou kyselinu místo tříuhlíkaté jako mají C3 rostliny.
Vyšší nároky na množství CO2, světla a tepla.
Nízká fotorespirace (=dýchání při fotosyntéze) = čím nižší, tím větší výnos
Příklady rostlin: kukuřice, třtina

CAM ROSTLINY:

Adaptace na suché, aridní (neúrodné) prostředí
V noc otevírají průduchy a CO2 uchovají a ve dne jej rozloží (zavřené průduchy)
Příklady rostlin: sukulenty

ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA = KVAŠENÍ = FERMENTACE:

Evolučně starší, nižším organismům stačí k zabezpečení všech životních funkcí, bez přístupu kyslíku.
Energeticky je méně účinná (zisk 2 ATP), glykolýza (metabolická dráha pro zprcování glukózy, fruktózy a galaktóza) probíhá v cytoplazmě.

Více druhů:

Alkoholové – kvasinky Sacharomyces cerevisiae, z jednoduchých cukrů při ní vzniká ethanol a CO2, použití: výroba alkoholu, kynutí těsta

C6H12O6 à 2CH3CCOOH -> CH3CH2OH + 2CO2

Mléčné – bakterie, v mléčném průmyslu (tvaroh), siláž, kysané zelí, ústní dutina
Z kyseliny pyrohroznové vzniká kyselina mléčná
Methanolové – nejstarší bakterie na zemi (methanokokus), v čistírnách odpadních vod, bioplynové stanice

KREBSŮV CYKLUS = CITRÁTOVÝ CYKLUS:

Je to sled reakcí, při kterých je acetylkoenzym A odbouráván na oxid uhličitý a redukované koenzymy, které dále vstupují do dýchacího řetězce.
Probíhá v matrix mitochondrií.
Acetylkoenzym A se váže oxalacetát za vzniku kyseliny citronové, které v dalších krocích ztrácí 2 uhlíky za vzniku 2 molekul CO2 a vodíky. Oxalacetát se obnoví a znova vstupuje do cyklu.

OXIDATIVNÍÍ FOSFORYLACE = DÝCHÁNÍ:

Evolučně mladší (starohory) a účinnější (vzniká 38 ATP).
= opačný průběh fotosyntézy, z látek složitých se stávají jednoduché a uvolňuje se energie
Rostliny mohou určitou dobu žít bez fotosyntézy (v noci, při klíčení ze semínka, kvetení neolistěných stromů), energii proto získávají rozkladem zásobních látek na látky jednodušší = proces disimilace.

Uskladnění energie v molekule glukózy je spojeno s redukcí CO2 = > uvolnění energie z glukózy je spojeno s její oxidací. C₆H₁₂O₆ + 6 0₂ + 6 H₂O -> 6 CO₂ + 12 H₂O + energie

Uvolněná energie je skladována v molekulách ATP = přenašeči na místa spotřeby.

Disimilační proces je sledem enzymatických reakcí, které se souhrnně označují jako buněčné dýchání – probíhá v etapách:

Glykolýza = odbourání glukózy (6C) na kyselinu pyrohroznovou (3C), probíhá a nepřístupu vzduchu – anaerobně.
Krebsův/Citrátový cyklus = kyselina pyrohroznová je odbourána na CO2 a jsou jí odňaty vodíky – ty jsou pak oxidovány v dýchacím řetězci na vodu. Přitom se uvolní mnoho energie, která se ukládá do molekul ATP, a teplo. – aerobní reakce.

Enzymy katalyzující reakce cyklu a dýchacího řetězce se nacházejí a vznikají ve vnitřní biomembráně mitochondrií.

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ INTENZITU BUNĚČNÉHO DÝCHÁNÍ:

Vnější:

Teplota prostředí – optimální je 25-35°C
Obsah kyslíku v prostředí
Přítomnost některých látek, které působí jako jedy buněčného dýchání (kyanidy, CO3, SO2)

Vnitřní:

Fyziologický stav rostliny a její stáří
Obsah vody v pletivech
Množství zásobních látek schopných oxidace

Další podobné materiály na webu: