Je základným metabolickým dejom, ktorý prebieha v telách rastlín. Princípom fotosyntézy je premena slnečnej energie na energiu chemických väzieb podmienená prítomnosťou fotosynteticky aktívnych pigmentov (farbív)

Fotosyntéza je: Metabolický dej,  prebiehajúci v zelených častiach rastliny, pri ktorom sa za účasti svetla a chlorofylu menia neústrojné látky na látky ústrojné. 

 

 12 H2O +6 CO2 + energia --> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

 

Fotosyntéza prebieha v tých častiach rastlín, ktoré obsahujú fotosynteticky aktívne pigmenty. Medzi najdôležitejšie farbivá patrí chlorofyl a, jeho doplnkom sú ostatné chlorofyly (b,c,d), karotenoidy (oranžový B-karotén a xantofyly). Fykobilíny sú farbivá siníc (fykocyanín) a rias (fykoerytrín).

Pigmenty fungujú ako zberače fotónov - zachytávajú fotóny rôznej vlnovej dĺžky a energiu prenášajú na chlorofyl a.

Fotosyntéza prebieha vo dvoch za sebou nasledujúcich fázach:

  1. Svetlá - fotochemická fáza, primárne deje fotosyntézy
  2. Tmavá - syntetická fáza, sekundárne deje fotosyntézy

 

Svetlá (fotochemická)  fáza

 

Táto fáza prebieha len na svetle v chloroplastoch. Hlavnú úlohu zohrávajú komplexy pigmentov (farbív) - fotosystémy, ktoré sa od seba líšia zložením farbív:

  1. Fotosystém I. ( P700) obsahuje chlorofyl, ktorý je schopný absorbovať svetlo vlnovej dĺžky do 700 nm. Fotosystém je schopný po absorbcii svetla uvoľniť excitovaný (energetický) elektrón
  2. Fotosystém II  (P680) obsahuje krátkovlnnejšie chlorofyly. 

Oba fotosystémy zachytávajú svetlo a energiu posúvajú do ďalších reakcií.

Pri popise dejov svetelnej fázy sa vychádza z modelu dvojelektrónového prenosu a preto budeme uvažovať o excitácii dvoch elektrónov pomocou dvoch svetelných kvánt. Základom tejto fázy je absorbcia svetla absorbcia svetla fotosystémom I (P700)

Svetlo (2 svetelné kvantá) dopadajúce na systém P700 spôsobí, že sa dva elektróny dostávajú do excitovaného stavu t.j. na vyššiu energetickú hladinu. Takýto elektrón je prenesený na Feredoxín redoxný systém (FRS).
FRS môže posunúť elektróny do:

  1. Cyklickej fotofosforylácie,
    Energia elektrónov sa využíva na fosforyláciu ADP a ukladá sa do makroergickej väzby ATP. Elektróny, ktoré takto odovzdali energiu, klesajú na svoju pôvodnú energetickú úroveň a vracajú sa späť do systému P700, kde môžu byť opätovne použité.

  2. Necyklickej fotofosforylácia - energia excitovaných elektrónov sa presúva na akceptor, ktorým je NADP+(Nikotínamidadeníndinukleotidfosfát). K jeho ďalšej redukcii sú potrebné okrem 2 elektrónov aj dva protóny vodíka (H+), ktoré sa získajú z rozkladu vody pomocou svetla - fotolýzy vody. Energia elektrónov je využitá k fotofosforylácii a vzniku ATP. Elektróny sa nevracajú do systému  P700. Chýbajúce elektróny sú doplnené zo systému P680, ktorý si ich potom berie z fotolýzy vody.

    Pri fotolýze sa voda rozkladá:  H2O --> 2H+ + O2-

Dva elektróny kyslíka sú vrátené systému P680 a 2H+ sú využité na redukciu NADP+ . Atóm kyslíka sa spája s iným atómom a vytvára molekulu O2, ktorá sa uvoľňuje do prostredia alebo sa využíva na dýchanie (respiráciu).

 

 

Výsledkom svetlej fázy je teda zachytenie svetelnej energie a jej premena na energiu chemikej väzby ATP a vytvorenie NADPH + H+, ktoré sa využívajú v tmavej fáze. Vedľajším produktom je molekula kyslíka.

 

 *Stiahni prezentáciu Fotosyntéza v sekcii "Súbory na stiahnutie/rastliny"

 

Tmavá (syntetická) fáza

Táto fáza môže prebiehať (a ja prebieha) v tme, nie je potrebné svetlo. V tejto fáze sa zapája do fotosyntézy CO2. Na redukciu CO2 sa využívajú produkty vzniknuté v primárnych dejoch.

Proces zabudovanie oxidu uhličitého od jeho naviazania na špecifický akceptor (karboxylácie), až do vzniku organickej látky - glukózy sa nazýva Calvinov cyklus.

Špecifickým akceptorom CO2 je Ribulóza-1,5-bisfosfát (RuBP). Karboxylácia je zložitá reakcia, ktorá prebieha cez  C3 (trojuhlíkaté) medziprodukty (napr. kyselina 3-fosfoglycerová, 3-fosfoglyceradehyd), z ktorých sa postupne vytvára energeticky bohatá C6 zlúčenina. Energia chemických väzieb tohto cukru majú pôvod v svetelnej energii absorbovanej v primárnych dejoch (svetelnej fáze)   a viazanej v ATP, NADPH + H+.

Calvinov cyklus prebieha cez trojuhlíkaté (C3) medziprodukty. Preto rastliny, ktoré na výrobu glukózy využívajú len Calvinov cyklus sa označujú ako C3 rastliny .
 U C3 rastlín prebieha fotosyntéza pri otvorených prieduchoch a súčasne s fotosyntézou prebieha aj   dýchanie – tzv. fotorespirácia. Pri fotorespirácii sa až 50% vzniknutých  produktov (glukózy) hneď rozkladá a energia sa využíva na metabolické deje.

 

    Hatch-Slackov cyklus (cyklus C4 dikarboxylových kyselín)

 U niektorých rastlín tropického pôvodu (cukrová trstina, kukurica, proso ...) prebieha tmavá fáza fotosyntézy trochu inak. ôvodom je skutočnosť, že počas tmavej fázy u týchto rastlín sú prieduchy zatvorené a teda neprebieha fotorespirácia.

Tieto rastliny si preto musia zabezpečiť dostatočné množstvo CO2 (zdroj uhlíka) počas doby, keď sú prieduchy otvorené. Toto zabezpečujú Hatch-Slackovým cyklom (H-SC).

Pri Hatch-Slackovom cykle primárnym akceptorom CO2 nie je Ribulózo 1,5 bisfosfát ale fosfoenolpyruvát (PEP). Tento cyklus prebieha pri otvorených prieduchoch.Výsledkom H-SC je C4 (štvoruhlíkatá) organická zlúčenina, ktorá slúži ako zásoba uhlíka.

Po skončení H-SC sa prieduchy zatvárajú a reakcia sa vracia späť, pričom  vzniká CO2, ktorý vstupuje do Calvinovho cyklu. Rozdiel je však v tom, že prieduchy ostávajú zatvorené. Keďže neprebieha súčasne dýchanie, teda sa vzniknutá glukóza hneď nespotrebúva, energetický efekt takejto fotosyntézy je vyšší ako pri C3 rastlinách. Na druhej strane majú C4 rastliny pomerne vysoké nároky na svetlo a teplo, preto v podmienkach mierneho pásma ( nižšia intenzita svetla a tepla) nie je táto výhoda plne využitá.

 

   Fotosyntéza CAM-rastlín

 Hatch-Slackov cyklus je základom fotosyntézy aj u tzv. CAM rastlín (Crassulean Acid Metabolism). Patria sem sukulentné rastliny napr. z čeľadí Kaktusovité, Tučnolistovité, Broméliovité. Tieto rastliny reagujú na ekologické podmienky svojho stanovišťa - sucho, krátke horúce dni, chladné noci tak, že prieduchy sa otvárajú v noci a cez deň sú zatvorené. Tým je vodný režim regulovaný bez toho, aby bol obmedzený príjem CO2 do dejov fotosyntézy.

 

Faktory ovplyvňujúce fotosyntézu

Pre fotosyntézu sú potrebné určité podmienky, ktoré majú priamy vplyv na tvorbu organickej hmoty - biomasy. Medzi takéto faktory patria:

  1. Oxid uhličitý (CO2)- je dôležitý pre výkon fotosyntézy. Aj keď niektoré čiastkové deje môžu prebiehať bez prítomnosti CO2, jeho koncentrácia má vplyv na rýchlosť a výnos fotosyntézy. Toto má význam pri pestovaní kultúrnych rastlín, keď napr.v sklenníku môžeme umelo zvyšovať množstvo CO2 a tým ovplyvniťvýnos z pestovaných rastlín.
  2. Voda - Pri fotolýze je donorom (dodávateľom) elektrónov, protónov a kyslíka. Zároveň vstupuje do rady fotosyntetických procesov a metabolických reakcií, ktoré na fotosyntézu nadväzujú.
  3. Svetlo - Svetlo je nositeľom energie, preto sa množstvo svetla považuje za limitujúci faktor fotosyntézy
  4. Teplota - Teplota patrí medzi ďalšie limitujúce faktory. Intenzita fotosyntézy vo vzťahu k teplote je u rastlín rôzna. Na zemi sú veľmi veľké teplotné rozdiely, ktorým sa rastliny prispôsobili. Niektoré termofilné sinoce dokážu vykonávať fotosyntézu aj pri teplote 70-80° C. Na druhej strane u niektorých lišajníkov prebieha fotosyntéza pri teplotách blízkych 0° C.
    Teplotné optimumrastlín mierneho pásma je 20-30° C. 
ms_07.jpg

Biokútik, created by ta3k

Copyright © 2014. Všetky práva vyhradené.