Fotosyntéza
Fotosyntéza
- Skladá sa z gréckych slov fotos = svetlo a synthessis = viazanie, zlučovanie
- Je
jedinečný dej na zemi, ktorého výsledkom je vznik O2 a OL procesom viazania slnečnej energie a jej premeny na chemickú energiu.
-
Vďaka fotosyntéze sa udržuje relatívne stály pomer O2 a CO2 v ovzduší.
- Je autotrofný spôsob výživy typický len pre zelené
rastliny, ktoré obsahujú asimilačné farbivá (chlorofyl). Ide o proces, pri ktorom sa premení energia svetla na energiu chemických väzieb
v organických molekulách – v glukóze.
- Fotosyntéza je proces nazývaný fotosyntetická asimilácia = z látok jednoduchších (CO2
a H20) vznikajú látky zložitejšie (glukóza), za súčasného uvoľnenia O2.
- Asimilačné farbivá: karotenoidy a chlorofyly. Každé
z nich absorbuje inú časť spektra viditeľného svetla v škále od 400 do 700 nanometrov. Fotosynteticky aktívny je modrozelený chlorofyl a.
- Rovnica: 6CO2 + 12H2O chlorofyl, slnečné žiarenie > C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
- Fotosyntézu možno rozdeliť na dve
fázy:
A) SVETELNÁ FÁZA:
- ide o primárne procesy, ktoré prebiehajú na membráne
tylakoidov v chloroplastoch
- ich podstatou je premena slnečnej energie na energiu chemických väzieb
- uskutočňuje sa v dvoch
po sebe nasledujúcich krokoch prostredníctvom fotosystému I a II (sústavy prenášačov a farbív, ktorých podstatnou zložkou je
chlorofyl)
- fotosystém I (P700) absorbuje svetelné žiarenie s maximálnou vlnovou dĺžkou 700 nm. Prijme svetelné žiarenie, prejde
do excitovaného stavu a uvoľní elektróny, ktoré môžu buď redukovať NADP+ na NADPH+H+(využíva sa v tmavej fáze), alebo sa vrátiť
späť, pričom časť ich energie sa využije na tvorbu ATP v procese cyklickej fosforilácie.
- Fotosystém II (P680) absorbuje
svetelné žiarenie s maximálnou vlnovou dĺžkou 680 nm. Prijme svetelné žiarenie, prejde do excitovaného stavu a uvoľní elektróny, ktoré
prechádzajú na fotosystém I, kde nahradia uvoľnené elektróny a okrem toho katalyzuje fotolýzu vody za uvoľnenia molekulového kyslíka .
1) Fotofyzická (cyklická fosforilácia = tvorba molekúl ATP)
2)
Fotochemická (acyklická = cyklus sa neuzatvára)
- Vodík H+ sa uvoľňuje pri
neprestajnom štiepení H2O na ióny, ktoré sa uskutočňuje vďaka svetelnému žiareniu a chlorofylu. Tento proces sa nazýva fotolýza vody (2H20
→ 2OH¯ + 2H+).
- Hneď, ako sa H+ spotrebuje, štiepi sa ďalšia molekula H2O
- Energia elektrónu, ktorý sa uvoľnil
z chlorofylu sa využije na premenu vodíkového katiónu H+ na vodíkový radikál H˙, ktorý sa pripojí na NADP+ (NADP+ + 2H+ → NADPH
+ H+). NADPH + H+ sa využije v temnotnej fáze na redukciu O2.
- NADP+ nikotínamidadeníndinukleotidfosfát funguje ako koenzým =
nebielkovinová zložka enzýmu oxidoreduktáz – enzýmov, ktoré katalyzujú oxidačno-redukčné procesy. NADPH + H+ je jeho redukovaná forma.
- Z hydroxidového iónu OH¯ sa odoberá elektrón a vráti sa späť do chlorofylu (ale je to už iný elektrón, ako ten, ktorý sa
z chlorofylu uvoľnil na začiatku fotosyntézy, preto hovoríme o necyklickej fáze)
- OH¯ sa pri odnímaní elektrónu mení na
hydroxidový radikál (vysoko reaktívna látka), ktorá reaguje s ďalším radikálom a vzniká O2 (OH + OH → H2O + O = resyntéza vody, preto
na pravej strane fotosyntézy je voda)
- Výsledkom svetelnej fázy fotosyntézy je ATP, O2 a NADPH + H+
-
V svetelnej fáze sa svetelná energia premieňa na energiu chemických väzieb v podobe ATP a NADPH + H+, ktoré sa využijú ako zdroj
energie pre tmavú fázu fotosyntézy.
B) TEMNOTNÁ FÁZA:
-
sekundárne procesy, ktoré nie sú priamo závislé od slnečnej energie, preto prebiehajú aj v tme
- ich podstatou je premena látok t.j.
– CO2 na glukózu
- Podstata: fixácia a následná redukcia CO2 za využitia ATP a NADPH + H+ zo svetelnej fázy na glukózu.
-
Nevyhnutné látky pre jej priebeh: ATP, NADPH + H+, CO2, organický substrát, na ktorý sa viaže (fuxuje) CO2.
- Prebieha mimo tylakoidov,
v stróme chloroplastov.
- CO2 sa môže redukovať dvoma spôsobmi:
(1) CALVINOV – BENSONOV
cyklus:
- Primárnym akceptorom oxidu uhličitého je molekula RuBP (ribulóza 1,5-bifosfát). Po naviazaní oxidu uhličitého
na ňu vzniká nestabilný 6-uhlíkový medziprodukt, ktorý sa vzápätí rozpadne na dve molekuly 3-uhlíkovej kyseliny 3-fosfoglycerovej, preto sa
rastliny s týmto mechanizmom fixácie nazývajú C3 rastliny.
- Je typický pre C3 rastliny. Nazývajú sa tak preto, lebo vznikajú
3-uhlíkové medziprodukty.
(2) HATCH – SLACKOV cyklus:
- Je typický pre C4 rastliny
(proso, cukrová trstina, kukurica = tvoria veľa sacharidov). Nazývajú sa tak preto, lebo vznikajú 4-uhlíkové medziprodukty.
- Tu
sa molekula oxidu uhličitého viaže na substrát fosfoenolpyruvát, ktorý sa po fixácii mení na oxálacetát so štyrmi molekulami uhlíka.
(1) a (2) predstavujú cyklus reakcií, pri ktorých vznikajú 3, alebo 4-uhlíkaté
medziprodukty, z ktorých sa syntetizujú cukry.
CHEMOSYNTÉZA
- je fylogeneticky
najstarší spôsob tvorby organických látok.
- Rozšírená hlavne pri mikroorganizmoch, ktoré nemajú asimilačné farbivá
-
Zdrojom uhlíka je oxid uhličitý
- Na redukciu oxidu uhličitého na cukor používajú chemickú energiu, ktorú získavajú oxidáciou
jednoduchých AL (sírovodíka, vodíka) alebo OL (metánu)
- Napr.:
- Nitrifikačné baktérie: žijú v pôde,
kde sa rozkladom organických zvyškov R a Ž uvoľňuje amoniak. Nitrifikáciou, ktorej je schopný napr. Nitrobacter, alebo Nitrosomonas amoniak
oxidujú na nitrity (dusitany) a tie na nitráty (dusičnany). Obohacujú tak pôdu o dusík, ktorý rastlina dokáže prijať koreňmi.
-
Denitrifikačné baktérie: napr. Bacillus denitrificans pôdu ochudobňuje o dusík, pretože rozkladajú nitráty a uvoľňujú
voľný dusík do atmosféry.
- Sírne baktérie: oxidujú sírovodík na kyselinu sírovú.
- Vodíkové
baktérie: oxidujú vodík na vodu
Zones.sk – Zóny pre každého študenta