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
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)