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)