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

                                    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





Další podobné materiály na webu: