Jdi na obsah Jdi na menu
Reklama
Založte webové stránky zdarma - eStránky.cz
 


Látkový a energetický metabolismus rostlin

9. 3. 2012

 Látkový a energetický metabolismus rostlin

-      metabolismus = neustálá přeměna látek a energií -> soubor chemických reakcí, probíhá neustále

-       v metabolismu rozlišujeme dva typy protichůdných reakcí (jsou spolu těsně propojeny a vzájemně se podmiňují):

·         anabolismus = (asimilace) = biosyntetické – skladné procesy

o   z jednodušších látek vznikají látky složitější 

o   energie se spotřebovává = endergonické děje (spotřeba ATP) např. fotosyntéza

·         katabolismus = (disimilace) = rozkladné procesy

o   z látek složitějších vznikají látky jednodušší

o   energie se uvolňuje = exergonické děje (produkce ATP), např. dýchání

-      jednotlivé metabolické reakce na sebe navazují prostřednictvím meziproduktů (tzn. produkt jedné reakce je substrátem následující reakce) => vnikají řetězce reakcí 

·         metabolické dráhy (např. glykolýza = metabolická dráha v procesu štěpení glukózy)    

·         metabolické procesy nejsou možné bez enzymů

o   ENZYMY= látky bílkovinné povahy (v 1 buňce až několik desítek tisíc)

§  funkce: biokatalyzátory = urychlují a usnadňují reakce

 

Přenos energie v buňce

-      každý živý organismus potřebuje neustále energii, přijímá ji ze svého okolí jako energii chemická vazeb nebo jako energii světelnou (jen buňky s chlorofylem dovedou využívat energii fotonů -světelnou energii)

-      energetický metabolismus buňky podléhá zákonům termodynamiky

·         energie nevzniká ani nemizí, pouze dochází k přeměně z jedné formy na jinou

-      zdrojem energie v buňce je energie chemicky vázaná (uvolňuje se při katabolických reakcích, při štěpení živin = organ.látek bohatých na energii chemických vazeb)

·         tato energie je schopna konat práci = volná energie (= Gibbsova), část uvolněné energie je vydávána ve formě tepla

-      uvolněná energie není využita přímo, ale prostřednictvím speciálních sloučenin (přenašečů)

·         mají schopnost uvolněnou energii zachytit, uložit, rozvádět po buňce, podle potřeby uvolnit, aby ji buňka mohla využít

·         => makroergické sloučeniny = obsahují velké množství energie (energie chemických vazeb)

o    tyto sloučeniny tvoří spojovací článek mezi exergonické a endergonické reakcemi

-      nejdůležitějším (univerzálním) přenašečem energie v buňkách je ATP = adenosintrifosfát

 

·         fosfáty jsou navzájem vázány vazbou, která obsahuje velké množství energie a je snadno štěpitelná = makroergní vazba (= energií bohatá vazba)

o   přenos energie v buňce je vždy spojen s přenosem fosfátu

o   základem je tato vratná reakce:

                                                                                <--------

                                      ADP     +  P + energie    ------->  ATP   +  H2 0

 

§   energie se z  ATP uvolňuje štěpením makroergní vazby

v   tvorba ATP z   ADP (adenosindifosfát) a  P  (anorganického fosfátu) se označuje jako fosforylace

§   probíhá především v mitochondriích (a také v chloroplastech při fotosyntéze=fotofosforylace)

 

o    molekuly ATP jsou pohotovostním zdrojem energii (k okamžitému použití v rámci buňky)

o   dlouhodobě je energie uchovávána ve formě zásobních organ.látek (sacharidy, lipidy, bílkoviny),

§  zásobní polysacharidy:

v  glykogen pro živočichy  

v  škrob pro rostliny

Dělení organismů podle charakteru metabolismu

1)   Heterotrofie

-       organismy mohou využívat pouze energii chemicky vázanou v organ.látkách přijatých z okolí

-       Heterotrofní organismy: většina baktérií, houby, živočichové

 

2)   Autotrofie

-       mohou tvořit z látek anorganické látky organické, za pomoci energie (světelné-fotosyntéza)

-       uhlík přijímají ve formě CO2

-       zelené rostliny, sinice, některé bakterie

 

Fotosyntéza

-      základní anabolický proces zabezpečující život na Zemi

-      zachycuje sluneční energii a používá ji k syntéze energeticky bohaté organické látky z jednoduchých, energeticky chudých anorganických látek

 

-      přeměna energie světelné na chemickou

-      silně endergonický děj

-     

SVĚTLO

 

CHLOROFYL

 
sumární rovnice:

 

                        6CO2 + 12H2O ────>  C6H12O6 +  6H2O +  6O2

                                                                     glukóza

-      schopnost fotosyntézy mají prokaryotní organismy (sinice, některé bakterie) a eukaryotní organismy (rostliny)

-       celý proces fotosyntézy probíhá (u eukaryot) v chloroplastech, za účasti fotosyntetických barviv

·             membrána tylakoidů a stroma, matrix

o   = bílkovinná hmota vyplňující chloroplast (matrix)

Fotosyntetická barviva 

-      chlorofyly a, b, c, d = zelená barviva, absorbují nejúčinnější část světelného záření (400-700 nm).

·         chlorofyl a + b = vyšší rostliny

·         chlorofyl a + c = hnědé řasy

·         chlorofyl a + d = červené řasy

-      další pigmenty - karotenoidy (karoteny + xantofyly) - účastní se přenosu fotonů

-      základním fotosyntetickým barvivem je chlorofyl a = jako jediný se přímo účastní fotosyntézy, je schopen využít zachycenou energii sluneční záření

-      doplňková barviva (chlorofyl b, c a karotenoidy)

·         = mají funkci lapačů světla a předávají fotony molekule chlorofylu a (foton = elementární množství elektromagnet. Záření)

-      molekuly fotosyntetických pigmentů (=barviv) se v membránách tylakoidů seskupují do systémů (v systému je až 500 molekul)

·         tyto molekuly vytvářejí jakousi past na zachycování dopadajících fotonů = fotonová past

Fotosynteticky účinné světlo

-      sluneční světlo = elektromagnetické záření dopadající na zemský povrch

-      rostliny z něj využívají při F pouze oblast viditelného světla v rozmezí vlnových délek 400-700 nm = fotosynteticky účinné záření

-      jednotlivá fotosyntetická barviva výběrově zachycují jen záření v určitém rozsahu vlnových délek

(proto je pro R výhodná kombinace více barviv)

-      barva fotosyntetických pigmentů je barvou doplňkovou k barvě pohlcené části slunečního spektra

·         Např. chlorofyly a , b  pohlcují modrou (420-490nm) a červenou (620-680nm) část spektra, zbývající část spektra zelené a žluté odrážejí -> proto vidíme rostliny zeleně zbarvené!

Průběh fotosyntézy

-      fotosyntéza probíhá ve 2 oddělených, ale na sebe navazujících procesech (dějích)

-      podle závislosti reakcí na osvětlení:

·         1) Primární procesy (světelná fáze)

o   přímo závislá na světle,

o   dochází k přeměně energie světelné na chemickou (= fáze fotochemická)

o   probíhá v membránách tylakoidů

o   zahrnuje pohlcení světla fotosyntetickými barvivy, redukci koenzymu, tvorbu ATP, fotolýzu vody

·         2) Sekundární procesy (temnostní fáze)

o   nevyžaduje světlo 

o   přeměna látek (=fáze syntetická) probíhá ve stromatu chloroplastů

o   zahrnuje redukci CO2 a vznik šestiuhlíkatého cukru (=glukóza)

 

Primární procesy fotosyntézy

-      světelná energie se přemění na energii chemických vazeb (ATP) a uvolňuje se kyslík

-      molekuly asimilačních pigmentů se seskupují do systémů = FOTOSYSTÉMU (liší se od sebe pigmentové složením a účinností v jiné oblasti záření)

-      Je jich mnoho a jsou zabudovány do membrány tylakoidů.

-      V každém fotosystému se nachází: 

·          A/ Molekuly pigmentů (několik set)- zachycují a vedou fotony k účinné molekule chlorofylu a

·          B/ Přenašeče elektronů

-      Primární procesy se uskutečňují ve

·         2 pigmentových systémech, dvěma světelnými reakcemi:

o   ve fotosystému I – první světelnou reakcí

o   ve fotosystému II- druhou světelnou reakcí

  FOTOSYSTÉM I

-      aktivní chlorofyl Chl aI  , absorbuje fotony s vlnovou délkou 700 nm= pigment 700=P700

  FOTOSYSTÉM II

-      aktivní chlorofyl Chl aII  , absorbuje fotony s vlnovou délkou 680 nm = pigment 680=P680

 

-      Primární proces probíhá na světle a je zahájen absorpcí (pohlcením) fotonů molekulou chlorofylu a -> dostává se do excitovaného stavu (vzbuzeného - stav s vyšší hladinou energie)

-      Molekula chlorofylu a uvolní excitovaný elektron (obohacený o energii fotonu) a vrací se do základního stavu ochuzená o jeden elektron (ionizovaná) a chybějící elektron si doplní (viz dále).

-       Excitovaný elektron e- se pohybuje po membráně tylakoidů přes systém přenašečů  (několik např.ferredoxin)

-      Během přenosu odevzdávají elektrony postupně přijatou světelnou energii (fotonů). -> ta je využita k tvorbě ATP (přeměna na energii chemických vazeb).

·         Tvorba ATP při fotosyntéze = FOTOFOSFORYLACE (2 způsoby) :

o       A) CYKLICKÁ

o       B) NECYKLICKÁ

 

A/ CYKLICKÁ FOTOFOSFORYLACE

·         podílí se na ní pouze fotosystém I a slouží k získání energie ve formě ATP (probíhá v kruhu, elektrony se vracejí na původní fotosystém I )

o   ve fotosystému I 2 molekuly Chl aI  P700 excitují dvěma fotony, jež absorbovaly, dojde k uvolnění 2 elektronů 2e-   (z každé mol.ChlaI jeden)

§  2e- se pohybují přes systém přenašečů (např. ferredoxin) vracejí se nazpět ke dvěma ionizovaným molekulám Chl aI  P700, kterými si doplní chybějící elektrony

v  během přenosu přes systém přenašečů odevzdávají elektrony 2e- přijatou světelnou energii (fotonů), ta je využita k tvorbě ATP

 

B/  NECYKLICKÁ FOTOFOSFORYLACE

·         podílí se na ní oba fotosystémy (I, II), je doplněna procesem fotolýza vody

·         vytváří se koenzym NADPH+H  (redukční činidlo pro sekundární procesy), ATP a kyslík

·         ve fotosystému I excitují 2 mol. Chl aI  P700 dvěma fotony, dojde k uvolnění 2 elektronů 2e-

o   2e- se pohybují přes systém přenašečů až na ferredoxin (nevrací se zpět na mol.Chl a I P700 ), dál přes jiné přenašeče až na konečného příjemce, kterým je koenzym NADP (nikotinamidadenindinukleotidfosfát)

§  chybějící 2e- si ionizované mol. Chl aI  P700 musí doplnit (z fotosystému II)

v  ve fotosystému II excitují 2mol. Chl aII   P680 dvěma fotony, které absorbovaly, dojde k uvolnění 2 elektronů 2e-

o   2e- se pohybují přes systém přenašečů (2e- odevzdávají energii), tvorba ATP, nakonec doplní chybějící 2e- ionizovaným molekulám Chl aI   P700 z fotosystému I (dochází k propojení obou fotosystémů)

FOTOLÝZA VODY

·         = rozklad molekul vody pohlcenou světelnou energií na kyslík, protony a elektrony. (je těsně spřažena s necyklickým tokem elektronů, doplňuje oba fotosystémy)

 

                     energie fotonů

             H2O     ¾®      1/2 O2   +   2H+   +   2e-

 

·         Výsledek: kyslík  O2  uniká do ovzduší

o    elektrony  2e-  doplní chybějící elektrony dvěma ionizovaným molekulám  Chl aII  ve fotosystému II

o   protony   2H+  se připojí na koenzym NADP a společně s  2e-  z fotosystému I (z necyklické fotofosforylace) redukují koenzym NADP na redukovanou formu NADPH + H (= redukční činidlo pro redukci CO2  v sekundárních procesech)

                    2H+  +  2e-   =  2H  --------- vodíky redukují NADP   na   NADPH  + H

 

·         VÝSLEDEK PRIM. PROCESU:

o   NADPH + H, ATP (obojí je využito v sekundárních procesech), kyslík (vedlejší produkt, uniká do ovzduší)

              

Sekundární procesy fotosyntézy

-      Navazuje přímo na primární procesy.

-      Probíhá nezávisle na světle, ale podmínkou je dostatečná zásoba ATP a NADPH (z  primárních procesů).

-      Jde o syntézu sacharidů z CO2  za pomoci redukčního činidla NADPH + H a energie ATP.

-      Probíhá ve stromatu chloroplastů několika metabolickými reakcemi. Nejznámější je:

·            CALVINŮV CYKLUS

o   Zahrnuje řadu enzymatických reakcí (mnoho meziproduktů) a má cyklický charakter.

§  Nejprve je CO2  navázán (fixace) na organ. sloučeninu (pentóza).

v  Následují biochemické reakce, při nichž dochází k redukci CO2  (redukčním činidlem NADPH) a k postupné přeměně na sacharidy.

o   Konečným produktem je GLUKÓZA.

§  Ta je zapojena do celé řady enzymatických reakcí a stává se výchozí látkou pro vznik dalších organ.látek (škrobu, celulózy, lipidů, organ.kyselin)

-      Produktivita fotosyntézy - množství organické látky vzniklé za určitou dobu na jednotku listové plochy.

 

Faktory ovlivňující fotosyntézu

-      Vnitřní:

·         celkový fyziologický stav rostliny - stáří listů, množství chlorofylu …

-      vnější:           

·         1/ světlo:

o   fotosyntézu ovlivňuje intenzita světla, kvalita světla (vlnová délka-spektrální složení-nejúčinnější je červené a modré světlo) a doba působení

·         2/ teplota:

o   fotosyntéza probíhá od 0oC do 60oC, optimum je 25 - 30oC, u jehličnanů probíhá i při teplotách pod nulou

·         3/ koncentrace CO2:

o   ve vzduchu je cca 0,03% CO2, toto množství není pro průběh fotosyntézy optimální, zvyšování jeho koncentrace se dá provádět jen ve sklenících - dosahuje se vyšších výnosů.

·         4/ voda:

o    pro fotosyntézu naprosto nezbytná, při jejím nedostatku se uzavírají průduchy, což znemožňuje přísun oxidu uhličitého do pletiv.

 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

Zatím nebyl vložen žádný komentář
 

 

Portrét



Poslední fotografie


Kontakt

velkaencyklopedie

velkaencyklopedie@seznam.cz


Mail list



Archiv

Kalendář
<< říjen >>
<< 2017 >>
Po Út St Čt So Ne
            1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 31          

Statistiky

Online: 5
Celkem: 562733
Měsíc: 7707
Den: 203