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
O
- 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
