Biológia rastlín – fyziológia rastlín – fotosyntéza

Biológia rastlín – fyziológia rastlín – fotosyntéza

6CO2 + 12H2O --- C6H12O6 + 6H2O + 6O2

• Je to asimilačný dej (anabolický); ide o premenu anorganických látok (CO2) na organické látky(glukóza), spojenú s uvoľňovaním kyslíka za využitia slnečnej energie a katalytického pôsobenia chlorofylu
• Je to prírodný proces, pri ktorom vznikajú organické látky a kyslík
• Je predpokladom existencie života na uhlíkovom základe a vzniku fosilných palív
• Tento typ fotosyntézy je kyslíkový typ
• Prvé živé organizmy, v ktorých začal prebiehať tento proces boli sinice (cyanobaktérie) – u nich sa vyvinulo asimilačné farbivo – fykocyanín (zelenomodré farbivo); sinice vznikli pred 3,5 mil. rokov

Fotosyntéza – kyslikatý (typická F) a bezkyslikatý typ

– Bezkyslikatá fotosyntéza prebieha u nefotosyntetizujúcich baktérií a mikroorganizmov, ktoré využívajú síru a vodík a vzniká sulfán (H2S)

• Najúčinnejšie žiarenie, pri ktorom prebieha F je 400-700 nm
• Orgánom fotosyntézy je list, ktorý obsahuje chloroplasty
• Najväčšími producentmi kyslíka sú dažďové pralesy a morské riasy

Asimilačné farbivá – selektívne (výberovo) zachytávajú slnečnú energiu určitej vlnovej dĺžky; nachádzajú sa na membránach chloroplastov a v prokaryotických bunkách na tilakoidoch

 Pigmenty: u vyšších rastlín je ich 7: A, B, C, D, E

• A – aktívny chlorofyl – dokáže absorbovať fotón a využiť energiu /ostatné farbivá ich iba zachytávajú a odovzdávajú chlorofylu A na spracovanie

– A1 – pigment = P-700 (vlnová dĺžka) – zeleno-modrý

– A2 – pigment = P-680 (vlnová dĺžka) – žlto-zelený

• Na tvorbu chlorofylu je potrebný horečnatý katión
• U nižších organizmov sú pigmenty napr. baktériochlorofyl (červené baktérie), baktérioviridín (zelené baktérie), fykobilíny – fykocyanín (sinice) a fykoeritrín (červené riasy), xantofily a karotenoidy – červené a žlté farbivá, ktoré vznikajú pri rozklade chlorofylu

• Fotochemické látky – organické látky, ktoré prenášajú elektróny bohaté na energiu, napr. cytochrómy, feredoxín, fytochinón
• Koenzýmy – NADP (nikotínamidinukleotit) – látky, ktoré prenášajú vodík; uplatňujú sa v sekundárnych procesoch fotosyntézy (redukcia CO2)

Chemizmus fotosyntézy – primárne a sekundárne procesy

1. Primárne procesy F – svetelná fáza F; prebieha len za prítomnosti svetla

• Tu dochádza k premene slnečnej energie na chemickú energiu, ktorá sa ukladá do ATP
• Primárne procesy rozdeľujeme: a/ fyzikálna etapa – absorpcia dvoch fotónov farbivami a emitovanie (vypudzovanie, uvoľňovanie) dvoch elektrónov bohatých na energiu .

b/ fotochemická etapa (oxidačno redukčná) – dochádza k transportu týchto dvoch elektrónov bohatých o energiu; pri transporte dochádza k vzniku ATP a absorpcii fotónov – Fotofosforylácia

Fotofosforylácia – cyklická a acyklická forma. Prebieha v tilakoidoch chloroplastov (ako aj všetky primárne procesy)

• Prebieha v dvoch pigmentových systémoch:

fotosystém I. – aktívny chlorofyl A1 – vlnová dĺžka P-700 a fotosystém II. – aktívny chlorofyl A2 – vlnová dĺžka P-680

– Cyklická forma fotofosforylácie – A1 chlorofyl s vlnovou dĺžkou P-700 absorbuje 2 fotóny; uvoľnia sa 2 elektróny, ktoré sú obohatené o energiu fotónov. Tieto dva elektróny prechádzajú cez fotochemické látky, pričom postupne uvoľňujú energiu, vytvára sa ATP až nakoniec elektróny už bez energie sa vrátia naspäť k P-700 (je donorom, ale aj akceptorom týchto elektrónov)

-Acyklická forma – P-700 absorbuje 2 fotóny, uvoľnia sa dva elektróny bohaté na energiu. Tieto dva elektróny sa dostávajú cez feredoxín (FRS) a uz sa naspäť k P-700 nevracajú.

NADP + 2e + 2H+ ----- NADPH + H+ ( 2e redukujú NADP na NADPH )-redukovadlá.

– Redukovadlá sa potom uplatňujú v sekundárnych procesoch fotosyntézy. Na P-700 vznikne elektrónová medzera a túto medzeru zaplnia 2e z P-680. P-680 absorbuje 2fotóny, uvoľní 2e bohaté na E, ktoré pri prechode cez redoxné systémy uvoľnujú E a tvorí sa ATP.

– Prebieha tu aj fotolýza vody – voda sa štiepi energiou na O2 + 2e. Kyslík uniká do atmosféry a 2e dopĺňajú medzeru na P-680. Konečným donorom elektrónov je voda.

1. Sekundárne procesy F – tmavá fáza (nie je závislá na svetle)

• Podmienky: prítomnosť CO2, ATP, redukovadlá (koenzýmy), substrát na ktorý sa viaže CO2
• Dôležitá je premena látok
• Biosyntéza sacharidov – syntetická fáza; využíva sa E z ATP + redukovadlá
• Spôsob fixácie CO2 môže byť dvojaký: Salvinov – Bensonov cyklus CO2 a Hatch – Slackov cyklus

– Salvinov – Bensonov cyklus CO2 u C3 rastlín

• C3 rastliny: sú to rastliny mierneho pásma. Majú nízke výnosy biomasy (úrodnosť). Cyklus prebieha pri otvorených prieduchoch. Je u nich vysoký stupeň fotorespirácie – súbežne s fotosyntézou prebieha aj dýchanie – rozpad produktov fotosyntézy (glukóza). Môže byť odbúraných až 50% produktov fotosyntézy.

-Hatch – Slackov cyklus CO2

• C4 rastliny: sú to tropické rastliny /cukrová trstina/. U nás sú to kukurica a proso. Neprebieha u nich fotorespirácia, lebo prieduchy sú zatvorené a nedostáva sa tu kyslík. Tieto rastliny si musia zabezpečiť dostatok CO2 počas doby keď sú prieduchy zatvorené. Akumulácia CO2 sa zabezpečí HTCH – Slackovým cyklom
• CAM rastliny: sú to sukulentné-púštne rastliny, napr. kaktusy. Prebieha tu cyklus ako u C4 rastlín, ale tieto rastliny reagujú na ekologické podmienky svojho stanovišťa (krátke, horúce dni a studené noci). Cez deň majú zatvorené prieduchy a v noci stále otvorené.

Faktory ovplyvňujúce F: vnútorné a vonkajšie

• Vnútorné faktory ovplyvňujú schopnosť prijímať CO2 a H2O
• Vonkajšie faktory: svetlo (doba, intenzita), voda – na fotolýzu, CO2 (0,03% v atmosfére), minerálne látky
• Ideálne je, keď sú všetky faktory optimálne
• Fotosyntéza je jedna z foriem autotrofie

(Obrázky nájdete v knihe biológie 1 (zelená) strany: 64, 65, 66, 67)