Látkový a energetický metabolismus rostlin

Fotosyntéza

• jediný proces, při němž vzniká v přírodě kyslík
• funguje už cca 2 mld. let (prahory, vznik sinic)
• důležitá společenstva (řasy, tropické deštné lesy)
• podstatné faktory: sluneční energie, oxid uhličitý, voda, chlorofyl
• souhrnná sumární rovnice fotosyntézy (ve skutečnosti jde o sled rovnic!): 6 CO2 + 12 H2O ® C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
• zdroj energie = světelné záření Þ energie chemické vazby Þ redukce oxidu uhličitého a jeho zabudování do organických látek
• děje fotosyntézy: primární + sekundární procesy

A) PRIMÁRNÍ PROCESY (SVĚTELNÁ FÁZE)

• chemické děje spojené s absorpcí světelné energie a její přeměny na energii chemické vazby (ATP)
• 1. absorpce světelné energie
• 2. přenos elektronů
• 3. fotolýza vody
• 4. vznik ATP

1. absorpce světelné energie

• fungují dva fotosystémy („pasti“ na fotony)
• 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)

2. přenos elektronů

• chlorofyl a absorbuje energii 2 fotonů (= excitace) > obohacené elektrony se uvolní a jsou přenášeny redox systémy
• z elektropozitivní soustavy voda-kyslík (+ 0,8 V) na elektronegativní soustavu koenzymu (– 0,4 V)
• redoxní soustavy:
• příjem elektronů – redukují se (akceptor)
• odevzdání elektronů – oxidují se (donor)
• fotosystémy jsou zabudované v tylakoidech

3. fotolýza vody

• pracuje fotosystém II
• 2 H2O ® ½ O2 + 2 H+ + 2 e–

4. vznik ATP

• redoxní systémy jsou řazeny za sebou
• elektrony ztrácejí při přechodu část energie ® její fixace v chemické vazbě
• získávání ATP:
• cyklická fosforylace – pracuje fs I, uvolněný elektron se vrací do chlorofylu a1
• necyklická fosforylace – pracují oba fotosystémy

VNĚJŠÍ FAKTORY FOTOSYNTÉZY

• oxid uhličitý: dnes 0,03 % – není to nejvhodnější; jeho množství lze uměle zvýšit
• světlo: využitelná je pouze část světla (l = 400–700 nm)
• voda: fotolýza; nedostatek vede k zavření průduchů
• teplo: optimum 15–20 °C, nejvíce 25–30 °C; pro C4 rostliny platí teploty o trochu vyšší

C4 ROSTLINY

• v Calvinově cyklu vytváří čtyřuhlíkatou kyselinu
• karboxylace (vázání oxidu uhličitého): dvojí, dva typy chlorofylu, Hatch-Slackův cyklus; mohou být uzavřeny průduchy proti odparu (např. u tropických rostlin)
• př. kukuřice, proso, třtina
• odlišná anatomie listu
• vyšší nároky na oxid uhličitý, sluneční záření a teplotu
• vyšší produkce, nižší rychlost transpirace
• nízká fotorespirace (= dýchání při fotosyntéze; čím nižší, tím větší výnos)
• prostorové oddělení dvojí karboxylace (buňky mezofylu, buňky pochev CS)

CAM ROSTLINY

• časové oddělení dvojí karboxylace (v noci příjem oxidu uhličitého; ve dne rozklad oxidu uhličitého)