Osmotické a metabolické jevy rostlinných buněk

Proč nejde kopírovat?  💾 Stáhnout materiál  ✖ Nahlásit chybu

 

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.

  • hypertonickém roztoku se buňka scvrkne celá -> plazmorýza
  • izotonickém roztoku se budou molekuly vody pohybovat dovnitř a ven se stejnou četností, objemově nedochází k žádné změně.
  • 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
  • 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).
  • 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 O2 z 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+, FADH2 a 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:

💾 Stáhnout materiál   🎓 Online kurzy