2. Co je fotosyntéza?
jedinečný dej na Zemi, súbor biochemických
reakcií, při ktorom sa zachytáva energia
slnečného žiarenia. Tá sa potom využíva na
syntézu sacharidov z jednoduchých
anorganických zlúčenín (CO2 a H2O).
zároveň sa energia slnečného žiarenia
premieňa na energiu chemických väzieb.
3. Co je fotosyntéza?
Schopnosť fotosyntézy majú :
- vyššie rastliny
- zelené a hnedé riasy
- sinice
- zelené baktérie
7. Kde fotosyntéza prebieha?
V chloroplastoch sa nachádzajú tzv. fotosyntetické
(asimilačné) farbivá, ktoré zachytávajú svetelné žiarenie.
Najvýznamnejšie sú chlorofyly.
Rozonávame sedem typov chlorofylov (a, b, c, d, e).
Najvýznamnejší je chlorofyl a absorbuje oblasť svetelného
žiarenia s vlnovou dĺžkou 400 – 700 nm a chlorofyl b.
- štruktúrne sa od seba líšia len jednou funkčnou skupinou.
10. K čomu slúžia fotosyntetické pigmenty?
asimilačné pigmenty fungujú ako
„zberače“ slnečnej energie fotónov rôznej
vlnovej dĺžky,
energiu postupne prenášajú až na
konečný akceptor chlorofyl a
jedine chlorofyl a transformuje svetelnú
energiu na chemickú
11. Aké fotosyntetické pigmenty rozlišujeme?
chlorofyly – zelené farbivá
vyššie rastliny, zelené riasy: chlorofyly a, b
hnedé riasy: chlorofyly a, c
červené riasy: chlorofyly a, d
baktérie: bakteriochlorofyly a, b
karotenoidy – žltororanžové
xantofyly
karoteny
fykobiliny
fykoerytrin – červenofialový
fykocyanin – modrozelený
12. Aké je zloženie slnečného žiarnia?
fotosyntetizujúce organizmy využívajú len
viditeľnú časť spektra, tj. 400 – 700 nm
16. Svetelná (primárna) fáza fotosyntézy
dochádza k absorpcii svetelnej energie a jej premena na
energiu chemickú
prebieha na tylakoidoch chloroplastov
Uskutočňuje sa 2 fotosystémami:
Fotosystém I, kde je aktívny chlorofyl a1 s vlnovou dĺžkou
700 nm, preto sa označuje P-700
Fotosystém II, kde je aktívny chlorofyl a2 s vlnovou dĺžkou
680 nm, preto sa označuje P-680
17. Fotosytém I
Molekula P700 pohltí svetlo – prejde do excitovaného stavu a zároveň sa
výrazne zníži jej oxidačno – redukčný potenciál (P700*), tým sa z nej
stane redukovadlo, ktoré ľahko uvoľní elektrón.
18. Fotosytém I
Uvoľnený elektrón je transportovaný reťazcom bielkovinových
prenášačov (feredoxín – Fd, flavoproteín – Fp) až na koenzým NADP+
.
19. Fotosytém I
Prijatím elektrónu sa NADP+
sa redukuje na NADPH + H+
Na túto redukciu sú potrebné 2 elektróny, preto vždy vychádzame z excitácie
dvoch molekúl P700.
20. Fotosytém I
Redukovaný koenzým NADPH je jedným z konečných produktov
svetelnej fázy fotosyntézy – neskôr sa využije v tmavej fáze.
21.
22. Pôvodná molekula P700 stratila jeden elektrón, aby sa vrátila do
základného stavu, musí si chýbajúci elektrón doplniť – zdrojom je
fotosystém II.
23. Fotosytém II
Ožiarením a excitáciou molekuly P680 sa uvoľní jeden elektrón, ktorý je
transportovaný bielkovinovými prenášačmi (plastochinón – PQ,
cytochrómami a plastocyanínom – PC) až na molekulu P700.
24. Aj tu sa uvažuje o excitácii dvoch molekúl P680, teda o uvoľnení
2 elektrónov.
25. Akým spôsobom sa doplní elektrón
do P680?
doplní sa rozkladom molekuly vody účinkom
svetla - fotolýza vody:
H2O → ½ O2 + 2 H+
+ 2e-
kyslík - atmosféra
protóny – tvorba redukčného činidla
elektróny – fotosystém II
26. Fotosytém II
Pri transporte elektrónov medzi P-680 a P-700 sa tvorí ATP (dej –
fotofosforylácia). Dochádza k prenosu protónov zo stromy chloroplastov
do vnútra tylakoidov.
27. ATP je druhým konečným produktom svetelnej fázy fotosyntézy.
28. Elektróny z fotolýzy vody sa nevracajú na miesto, z ktorého
boli uvoľnené – ide preto o necyklický dej = necyklický
prenos elektrónov (necyklická fotofosforylácia).
29. 29
Aký je význam necyklickej fotofosforylácie?
tvorí sa ATP
vzniká redukčné činidlo NADPH + H+
pre
sekundárne procesy
do atmosféry se uvolňuje kyslík
ATP sa využije v tmavej fáze fotosyntézy jako zdroj energie na
tvorbu sacharidov.
NADPH + H+
– ako látka potrebná na redukciu oxidu uhličitého.
30. 30
Cyklický prenos elektrónov (cyklická fotofosforylácia)
Elektrón uvoľnený molekulou P700 sa cez feredoxín – Fd,
cytochrómy a plastocyanín – PC vracia späť na molekulu P700.
32. 32
Aký je význam cyklickej fotofosforylácie?
tvorí sa len ATP, (nevzniká ani redukovadlo
NADPH, nie je ani produkovaný kyslík)
Pri necyklickej fotofosforylácii sa vytvorí ATP a NADPH + H+
v
rovnakom množstve. Pre tmavej fáze fotosyntézy sa však
spotrebuje viac ATP jako NADPH + H+
. Cyklická
fotofosforylácia vlastne vyrovná tento rozdiel.
33. Tmavá (sekundárna) fáza fotosyntézy
nevyžaduje prítomnosť svetla = tmavá (temnostná),
syntetická fáza
dochádza k fixácii CO2 a jeho premene na sacharidy
CO2 sa redukuje, potrebná energia sa získava z ATP 0
uskutočňuje sa v stróme chloroplastov
34. Podľa priebehu sekundárnych procesov rozdeľujeme
rastliny na dve skupiny:
1. Rastliny C3
2. Rastliny C4
35. Rastliny C3
Sacharidy sa vytvárajú metabolickým reťazcom –
CALVINOV a BENSONOV cyklus
uhlík vstupuje v podobe CO2 a opúšťa ho ako glukóza
spotrebúva sa ATP ako zdroj energie a NADPH + H+
ako
zdroj vodíka
36. CALVINOV CYKLUS
primárnym akceptorom molekuly CO2 je ribulóza-1,5-
bisfosfát (RuBP).
po naviazaní sa rozpadne na dve molekuly kyseliny
3-fosfoglycerovej (s troma uhlíkmi - preto C3).
2 molekuly kyseliny 3-fosfoglycerovej sú redukované
na glyceraldehyd-3-fosfát z 1/6 molekuly sa
tvorí glukóza, zvyšných 5/6 sa obnoví na ribulózu - 1,5-
bisfosfát, ktorá sa vráti a opäť viaže CO2.
Keď tento cyklický dej prebehne šesť krát, vytvorí sa
postupne jedna molekula glukózy.
37.
38. Produkty fotosyntézy (sacharidy) bývajú u rastlín C3 z
veľkej časti (až 50 %) odbúravané už pri fotosyntéze
oxidačnými procesmi (dýchaním) za vzniku voľného
CO2 fotorespiráciou.
Medzi rastliny C3 patria všetky dvojklíčnolistové rastliny
a niektoré jednoklíčnolistové rastliny.
40. HATCHOV A SLACKOV CYKLUS
akceptorom CO2 je fosfoenolpyruvát, ktorý sa po
naviazaní mení za účasti NADPH + H+
a ATP
na oxalacetát, (má 4 uhlíky - preto C4).
Oxalacetát sa zložitými reakciami mení na glukózu a
fosfoenolpyruvát.
Rastliny C4 majú podstatne nižšiu fotorespiráciu a tým je výťažok
z fotosyntézy vyšší. Poskytujú vyššie výnosy. Patria
sem tropické trávy, kukurica, proso, bambus, cukrová trstina a
niektoré ďalšie jednoklíčnolistové rastliny.
41.
42. Účinnosť fotosyntézy závisí od činiteľov:
vlnová dĺžka a intenzita svetla – rastlina využíva len 2%
svetla, zvyšok odráža alebo prepúšťa
množstvo CO2 – v atmosfére je 0,03%. Jeho zvýšenie alebo
zníženie spomaľuje fotosyntézu. Toto má význam pri pestovaní
kultúrnych rastlín, keď napr. v skleníku je možné umelo
zvyšovať množstvo CO2 a tým ovplyvniť výnos z pestovaných
rastlín. Z 1 g CO2 sa vytvorí asi 0,5 g sušiny.
teplota – optimum sa pohybuje medzi 25 – 30°C
množstvo vody – nedostatok vody spomaľuje fotosyntézu,
pretože sa uzatvárajú prieduchy, ktorými preniká do rastliny
CO2
