Osmotické a metabolické jevy rostlinných buněk

Otázka: Osmotické a metabolické jevy rostlinných buněk

Předmět: Biologie

Přidal(a): Karolína

Osmotické jevy

Osmotické jevy jsou způsobeny OSMÓZOU – pronikáním molekul vody přes cytoplazmatickou membránu
Osmóza je tak pouze zvláštní typ difúze molekul vody přes semipermeabilní membránu
Molekuly vody se ve smyslu difúze pohybují z prostředí, kde je nižší koncentrace rozpuštěných látek, do prostředí, kde je vyšší koncentrace látek

(Difuze – je samovolný proces pronikání částic jedné látky do druhé se snahou o rovnoměrné prostoupení po celém objemu)

Roztoky

Hypertonický = roztok s vyšší koncentrací látek, než má jiný, srovnávaný roztok.
Hypotonický = roztok s nižší koncentrací látek, než má jiný, srovnávaný roztok.
Izotonický = roztok se stejnou koncentrací látek, jakou má jiný roztok.

Chování živočišné buňky v roztocích

Živočišná buňka nemá na povrchu buněčnou stěnu, je tedy méně chráněná a mění svoji velikost v závislosti na prostředí.

V hypertonickém roztoku se buňka scvrkne celá -> plazmorýza
V izotonickém roztoku se budou molekuly vody pohybovat dovnitř a ven se stejnou četností, objemově nedochází k žádné změně.
V hypotonickém roztoku se buňka zvětšuje -> deplazmolýza, pokud buňka zvětší svůj objem natolik, že praskne -> plazmoptýza (u červených krvinek -> hemolýza)

Chování buněk rostlin v roztocích

V hypertonickém roztoku je buňka díky buněčné stěně pevná, zmenší se jen buněčný obsah a cytoplazmatická membrána se odloučí od buněčné stěny -> plazmolýza
V hypotonickém roztoku projeví se ochranná funkce buněčné stěny (pevná, proto nepraskne), v buňce se v důsledku příjmu vody zvětšuje vakuola, tlak protoplastu na buněčnou stěnu je označován jako turgor, což omezí další příjem vody, listy a stonky ochabují a rostlina vadne
V extrémním případě mohou prasknout i rostlinné buňky, nastane plazmoptýza(např. praskání třešní po dešti).
V izotonickém roztoku se navenek změny neprojeví

Metabolismus

soubor chemických reakcí probíhající v živých organismech a mezi organismy a životním prostředím
neustálá přeměna látek a energie
uvolnění, přeměna, využití energie
energické přeměny = získávání zdrojů E a uvolňování E
látkové přeměny = přeměny sacharidů, lipidů, syntéza inform. molekul, syntéza stavebních látek

Podle základního charakteru metabolismu rozdělujeme organismy na:

a) heterotrofní – přijímají C ve formě organických látek
- živočichové, houby a heterotrofní buňky zelených rostlin, které nemají chloroplasty (např. buňky květů)
b) autotrofní – přijímají C ve formě CO₂ , jsou schopné vytvořit z anorganických látek látky organické
- Energii získávají:
  - fotoautotrofně – ve světelné fázi (fototrofní bakterie a zelené rostliny –nejvýznamnější producenti biomasy)
  - chemoautotrofně – oxidací anorganických látek (z chemických procesů) – některé bakterie a lidé

c) aerobní – vyžadují O₂z prostředí, využívají ho jako konečný akceptor elektronů při buněčné respiraci
d) anaerobní – k respiraci O₂ nepotřebují, může jim dokonce škodit
e) fakultativně anaerobní – svalové buňky, kvasinky alkoholového kvašení

Děje rozdělujeme na dva typy procesů:

Anabolismus
Katabolismus

ANABOLISMUS

z jednoduchých látek vznikají látky složitější = asimilace
z AMK => bílkoviny, z CO₂+H₂O=> glukóza (fotosyntéza)
většinou jako redukce substrátu
spotřebovává se energie
- endergonický děj (spřaženy s reakcí, ve které se energie uvolňuje)
- endergonická reakce – vznikají při nich produkty energicky bohatší (fotosyntéza), je třeba dodat E

KATABOLISMUS

ze složitějších látek vznikají látky jednodušší = disimilace
z bílkovin=> AMK, škrob=> glukóza
většinou jako oxidace substrátu
uvolňuje se energie
- exergonický děj (probíhá samovolně)
- exergonická reakce – štěpení energicky bohatých produktů na jednoduché látky (dýchání), E se uvolňuje

Enzymy

usnadňují a urychlují reakce (biokatalyzátor)
2 složky: apoenzym (bílkovinná část) a koenzym (nebílkovinná část), celá molekula = holoenzym

Metabolická dráha = přeměna jednotlivých látek v buňce se uskutečňuje soubory na sebe navazujících reakcí

Amfibolická dráha – katabolická i anabolická – citrátový cyklus

Přenos energie v buňce

energie získaná při katabolických dějích je uchovávána a posléze odevzdána při dějích anabolických prostřednictvím -> MAKROERGICKÝCH SLOUČENIN
molekuly makro. Sloučenin obsahují velké množství energie, která je vázaná v tzv. makroergických vazbách
univerzální makro. Sloučeninou tvořící spojovací článek mezi exergonickými a exergonickými reakcemi

ATP – adenosintrifosfát

energeticky bohatá sloučenina
univerzální přenašeči energie v buňce
difundují v celé buňce – její energie je ihned k dispozici
veškerou ATP, kterou si buňka spotřebuje, musí si i sama vyrobit
energie na tvorbu ATP je získávána dvěma způsoby:
- anaerobní glykolýzou – anaerobní, rozklad/oxidace cukrů)
- fotofosforylací – thylakoidy, světelná fáze fotosyntézy) nebo oxidativní fosforylace (mitochondrie, dýchání)

AUTOTROFIE, HETEROTROFIE, FOTOAUTOTROFIE (fotosyntéza)

FOTOSYNTÉZA

jediný proces, při němž vzniká v přírodě kyslík
funguje už cca 2 mld. let (prahory, vznik sinic)
z jednoduchých anorganických látek vznikají látky složitější organické za působení světelného záření
je to základní anabolický proces zabezpečující život na Zemi, její podstatou je přeměna atmosférického CO₂ na glukózu, tj. syntéza sacharidů z CO₂, k níž dodává energii světlo
zapotřebí jsou CO₂, H₂O, chloroplasty, chlorofyly (chlorofyl A – chytá sluneční záření a je nejdůležitější, dále B, C, D), bakteriochlorofyl (A, B), karotenoidy (oranžový a červený), xantofyly (žlutý), fykobiliny (u ruduch – fykoeritrin-> červenofialový, fykocyanin-> modrý)

Souhrnná sumární rovnice fotosyntézy (ve skutečnosti jde o sled rovnic!):

6 CO₂+ 12 H₂O + světlo (E fotonů) + barvivo (chlorofyl a) => C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O + E

Fotosyntetický aparát

v chloroplastech – v membránách – tvoří ho fotosyntetizující barviva
(základní – chlorofyl A, B, C, D a doplňující – karoteny, xantofyly, fykocyaniny, fykoeritrin)
-> všechny barviva zachycují světelnou energii a dostávají elektron do excitovaného stavu

1) PRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY – SVĚTELNÁ

světelná – fotochemická
vyžaduje světlo, probíhá na thylakoidech v chloroplastech
přeměna světelné energie na energii chemickou, světelná energie se ukládá do chemických vazeb
= oxidačně – redukční děje
2 fotosynsystémy – 1. a 2., komplexy bílkovin a fotosyntetických barviv

Průběh:

Fotony světelného záření jsou zachycovány barvivy obsaženými v plastidech (chlorofyl A, B, karotenoidy) => energie zachycené barvivy je předávána molekulám chlorofylu A, který excituje = reakční centrum fotosystému
FOTOSYSTÉM I (P700 – absorbuje světelné záření o maximální vlnové délce 700nm) přijme světelné záření, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektrony, které mohou buď redukovat NADP⁺ na NADPH+H⁺ nebo se vrátit zpět – část jejich energie je využita k tvorbě ATP v procesu zvaném cyklická fosforylace (návrat elektronů na fotosystém I a ztrácí energii (ADP + P-> ATP)
FOTOSYSTÉM II (P680 – absorbuje světelné záření o maximální vlnové délce 680 nm) přijme světelné záření, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektrony, které přecházejí do fotosystému I, nahradí z něho uvolněné elektrony a část energie je využita k tvorbě ATP v procesu zvaném necyklická fosforylace
Oba fotosystémy doplňuje fotolýza vody = rozklad vody na kyslík (uvolňován do okolí), vodík (váže se na NaDP⁺) a elektrony (použité ve fotosystému I)
2H₂O => O₂ + 4 elektrony + 4H⁺

Sloučeniny:

ATP = adenosintrifosfát
ADP = adenosindifosfát
NADP⁺ = nikotinamidadenindinukleotidfosfát = koenzym (nebílkovinná část enzymu)
NADP+H⁺ = jeho redukovaná forma

2) SEKUNDÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY – TEMNOSTNÍ

není závislá na světle -> temnostní -> syntetická
probíhá ve stomatu chloroplastů
dochází k redukci CO₂ za vzniku sacharidů při využití ATP a NADP+H⁺ z primární fáze
nejvýznamnější metabolickou cestou syntézy sacharidů je Calvinův cyklus – prvním produktem asimilace CO₃ je tříuhlíkatá sloučenina 3 fosfoglycerátu – 3C rostliny
4C rostlin – prvním produktem asimilace CO₂ je čtyřuhlíkatá sloučenina oxalacetát – Hatch-Slackův cyklus

výsledkem světelné fáze: ATP, O₂ a NADPH₂

výsledkem temnostní fáze: sacharidy (glukóza)

Faktory ovlivňující fotosyntézu:

VNĚJŠÍ
- světlo – s rostoucí intenzitou se zvyšuje rychlost fotosyntézy
- koncentrace CO₂ v ovzduší – s rostoucí koncentrací se zvyšuje rychlost
- teplota – nejintenzivnější při t= 25´C
- voda – nezbytná, při nedostatku záření průduchů – znemožněn přísun CO₂
VNITŘNÍ
- množství chlorofylu
- stáří listů
- minerální výživa
- REPLIKACE = syntéza DNA
- TRANSKRIPCE = syntéza RNA
- PROTEOSYNTÉZA = syntéza bílkovin

DÝCHÁNÍ

Sumární rovnice: C₆H₁₂+ 6O₂ => 6CO₂ + 6H₂O + energie

rozklad organických látek (oxidace) za vzniku energicky chudších sloučenin a ATP k bezprostřednímu energickému využití
ve tmě všechny rostlinné buňky, ve dne buňky nezelených částí
nejintenzivnější dýchání mladé rostlinné orgány

DÝCHÁNÍ ANAEROBNÍ = GLYKOLÝZA

bez přístupu kyslíku
energicky málo výhodné – 2 molekuly ATP
probíhá v cytoplazmě
děj, při kterém je glukóza v buňce odbourávána na pytuvát (=sůl kyseliny pyrohroznové) za uvolnění ATP, nejstarší způsob získávání energie
kvašení = fermentace kyseliny pyrohroznové za vzniku:
- ethanol – ethanolové kvašení – u některých mikroorganismů (bakterie, kvasinky)
- kyselina mléčná (laktát) – mléčné kvašení – u některých mikroorganismů (bakterie)

DÝCHÁNÍ AEROBNÍ = OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

vyžaduje přítomnost kyslíku
vzniká CO₂ a H₂O
energicky výhodné – 36 molekul ATP
v mitochondriích
pyruvát podléhá oxidační dekarboxylací za vzniku acetylkoenzymu A, který vstupuje do Krebsova cyklu, na který navazuje dýchací řetězec

Krebsův řetězec

probíhá v matrixu mitochondrií
základní látkou je acetyl – CO – A, který je odbouráván na CO₂, a redukované koenzymy (NADHP+H⁺, FADH₂), které dále vstupují do dýchacího řetězce
acetyl – CO – A se váže na oxalacetát za vzniku kyseliny citrónové, která v dalších krocích postupně ztrácí 2 C za vzniku 2 CO₂ (=dekarboxylace) a 2H (=dehydrogenace) za vzniku NADPH+ H⁺, FADH₂a obnovení oxalacetátu, který opět vstupuje do Krebsova cyklu

Dýchací řetězec

nejdůležitější katabolický proces
C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 6 O₂ <=> (dýchání/fotosyntéza) 6 CO₂ + 12 H₂O + energie
složitý systém, při kterém získávají buňky rozhodující množství energie
probíhá na vnitřní membráně mitochondrií
vodík vázaný v redukovaných koenzymech (NADPH+H⁺ a FADH₂) je oxidován kyslíkem za vzniku vody a uvolnění velké energie, vodík není kyslíkem slučován přímo, oxidace je uskutečňována postupně přes několik stupňů o stále větším potenciálu, uvolňuje se energie nutná k syntéze ATP
energie není uvolňována naráz, ale po částech a využívá se na tvorbu makroergických vazeb v molekulách ATP v procesu, který se nazývá oxidativní fosforylace
ATP-> APD + P + energie

Faktory ovlivňující dýchání:

VNĚJŠÍ
- teplota – zvýšením se zrychluje dýchání (po dosažení maxima při 30ᵒC prudce klesá)
- koncentrace O2 – snížení – přechod na anaerobní dýchání
VNITŘNÍ
- množství oxidovatelných zásobních látek
- množství H2O v rostlině
- stáří rostliny

Rozdíly:

FOTOSYNTÉZA	DÝCHÁNÍ
probíhá jen v buňkách s fotosynteticky aktivními barvami	probíhá ve všech živých rostlinných buňkách
probíhá jen na světle	probíhá na světle i ve tmě
CO2 a H2O vstupují do fotosyntézy	CO2 a H2O se při dýchání uvolňují
kyslík se uvolňuje	kyslík se spotřebovává
energicky bohaté zásobní látky se hromadí	zásobní látky se spotřebovávají
hmotnost rostlin se zvyšuje	hmotnost se snižuje

Další podobné materiály na webu: