Fotosyntéza

  • jediný proces, při němž vzniká v přírodě kyslík
  • funguje už cca 2 miliardy let (prahory, vznik sinic)
  • důležitá společenstva: řasy, tropické deštné lesy
  • podmínky fotosyntézy: světlo, energie, oxid uhličitý, voda, chlorofyl
  • souhrnná sumární rovnice fotosyntézy (ve skutečnosti jde o sled mnoha reakcí):
    6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
  • energie ve formě světelného záření se mění do energie chemické vazby při redukci oxidu uhličitého a jeho zabudování do organických látek
  • děje fotosyntézy rozdělujeme do dvou částí:
    • primární procesy (dříve nazývány jako světelná fáze)
    • sekundární procesy (dříve nazývány jako temnostní fáze)

primární procesy fotosyntézy

  • chemické děje spojené s absorpcí světelné energie a její přeměny na energii chemické vazby (ATP)
  • probíhá: absorpce světelné energie, přenos elektronů, fotolýza vody, vznik ATP
  • absorpce světelné energie
    • dva fotosystémy pigmentů v tylakoidech chloroplastů, které fungují jako „pasti“ na fotony světelného záření
    • fotosystém I: karoteny → karotenoidy → chlorofyl b → různé druhy chlorofylu a → chlorofyl a1 (l = 700 nm)
    • fotosystém II: xantofyly → karotenoidy → chlorofyl b → různé druhy chlorofylu a → chlorofyl a2 (l = 680 nm) 
  • přenos elektronů
    • chlorofyl a absorbuje energii 2 fotonů (= excitace)
    • obohacené elektrony se uvolní a jsou přenášeny redoxními systémy
  • fotolýza vody
    • dochází k rozkladu molekuly vody účinkem světla, při reakci jako vedlejší produkt vzniká kyslík:
      2 H2O → ½ O2 + 2 H+ + 2 elektrony
    • při fotolýze vody pracuje fotosystém II
  • vznik ATP
    • redoxní systémy jsou řazeny za sebou
    • elektrony ztrácejí při přechodu část energie, dochází k její fixaci do chemické vazby
    • získávání ATP:
      • cyklická fosforylace: pracuje fotosystém I, uvolněný elektron se vrací do chlorofylu a1
      • necyklická fosforylace: pracují oba fotosystémy

sekundární procesy fotosyntézy

  • chemická energie ATP je využita na vázání oxidu uhličitého a jeho redukci na sacharidy
  • soubor těchto reakcí se nazývá Calvinův cyklus
  • schéma sekundárních procesů:

vnější faktory fotosyntézy

  • oxid uhličitý: dnes jeho koncentrace ve vzduchu 0,039 % a stále pozvolna roste
  • světlo: využitelná je pouze část světelného spektra (l = 400–700 nm) 
  • voda: nutná pro doplňování elektronů během fotolýzy
  • teplo: optimum 15–20 °C, nejvíce 25–30 °C

C4 rostliny

  • v Calvinově cyklu vytváří čtyřuhlíkatou kyselinu namísto tříuhlíkaté (kterou vyrábí C3 rostliny)
  • prostorové oddělené karboxylace (vázání oxidu uhličitého), odlišná anatomie listu
  • vyšší nároky na množství oxidu uhličitého, slunečního záření a teploty
  • nízká fotorespirace (= dýchání při fotosyntéze; čím nižší, tím větší výnos)
  • vyšší produkce, nižší rychlost transpirace
  • příklady C4 rostlin: kukuřice, proso, třtina

CAM rostliny

  • adaptace k suchému, aridnímu prostředí s nedostatkem vody
  • časové oddělení dvojí karboxylace
    • v noci příjem oxidu uhličitého a jeho uschování (otevřené průduchy)
    • ve dne rozklad oxidu uhličitého a jeho fixace (zavřené průduchy, neuniká voda)
Comments