Fotosyntéza

Fotosyntéza je zdrojom takmer všetkých organických látok, ktoré vznikajú prirodzeným spôsobom, teda bez zásahu ľudskej technickej činnosti. Na produkty fotosyntézy sú odkázané všetky heterotrofné organizmy, kyslík prítomný v atmosfére je tiež produktom tohto jedinečného procesu. Možno povedať, že život vo forme, aká existuje na našej planéte je podmienený fotosyntézou. Proces fotosyntézy u vyšších rastlín prebieha v chloroplastoch, kde sa na membránach tylakoidov nachádza chlorofyl A a chlorofyl B, ktoré označujeme ako asimilačné farbivá. Okrem chlorofylu sa fotosyntézy zúčastňujú aj iné farbivá ako napr. karotenoidy. Hlavným asimilačným farbivom je chlorofyl A ktorý ako jediný má schopnosť absorbovať dopadajúci fotón. Chlorofyl A preto označujeme ako aktívny chlorofyl. Ostatné asimilačné farbivá sú pomocné. Tvoria akúsi „sieť“, do ktorej zachytávajú dopadajúce fotóny a vedú ich napríklad od molekuly karotenoidu k molekule chlorofylu B až kým sa fotón nedostane k molekule chlorofylu A. Farbivá sú zložité lipoproteíny, v ktorých pripadajú na 1 molekulu bielkoviny 3 molekuly chlorofylu A a 3 molekuly chlorofylu B. Sú to svetelné pasce, ktoré zbierajú vhodné fotóny zodpovedajúcej vlnovej dĺžky. Takéto prijímacie stanice sú dve a označujeme ich ako fotosystém I a fotosystém II. Fotosystém I sa uplatňuje pri pohlcovaní svetla 700nm a dlhšou a fotosystém II pri absorbovaní svetla s vlnovou dĺžkou 680 nm a kratšou. Oba fotosystémy sú tvorené z niekoľko sto molekúl chlorofylu a sú spojené prenášačmi elektrónov.

Chemizmus fotosyntézy

Chemický priebeh fotosyntézy možno napísať sumárnou rovnicou:

6 CO2 + 12 H2O + 2830 kJ + chlorofyl ––> C6H12O6 + 6 H20 + 6O2

Vlastný chemizmus je proces veľmi zložitý. Možno ho rozdeliť na primárne a sekundárne procesy fotosyntézy. PRIMÁRNE PROCESY FOTOSYNTÉZY


Primárne procesy fotosyntézy vyžadujú prítomnosť svetla, preto bývajú označované ako fotochemická fáza. Ich podstatou je premena žiarivej energie na energiu chemických väzieb. 1.Fotofosforilácia
Začína pohltením svetelnej energie molekulou chlorofylu. Z chlorofylu sa tým uvoľnia elektróny, ktoré zachytí oxidačno-redukčný enzým ferredoxín. Z neho sa elektróny prenášajú späť na chlorofyl reťazou oxidačno-redukčných enzýmov. Energia, ktorú pri tom elektrón vyžiari sa, sa používa na tvorbu makroergických fosfátových väzieb v molekule ATP.

Keďže pri tomto procese vykonávajú elektróny cyklus: chlorofyl – ferredoxín – oxidačno-redukčné enzýmy – chlorofyl a súčasne dochádza ku vzniku makroergických fosfátových väzieb, čiže ku fosforylácii, označujeme túto časť fotosyntézy ako cyklická fotofosforylácia.







2.Fotolýza vody
Počas tohto deja dochádza k svetelnému rozkladu vody
2 H2O ––> 2 H+ +2 OH-
2 OH- ––> 2 OH + e-
2 OH- ––> H2O + ½ O2
sumárne
H2O ––> ½ O2 + 2 H+ + 2 e-
Uvoľnený kyslík sa dostáva do atmosféry. Vzbudené elektróny sa prenesú na ferredoxín, ktorý redukuje koenzým NADP /nikotínamid-adeníndinukleotidfosfát/ Za spotreby iónov H+

NADP + 2 H+ + 2 e- ––> NADPH2

Výsledkom primárnych procesov fotosyntézy je teda vznik ATP a NADPH2. Obe tieto zlúčeniny sa uplatnia v sekundárnych procesoch fotosyntézy. ATP sa stane zdrojom energie na naviazanie CO2 a NADPH2 sa využije na redukciu oxidu uhličitého na sacharidy.

SEKUNDÁRNE PROCESY FOTOSYNTÉZY

Sekundárne procesy nevyžadujú prítomnosť svetla a sú preto označované ako tmavá alebo termochemická fáza fotosyntézy. Počas týchto procesov dochádza k naviazaniu co2 a vzniku sacharidov. Zdrojom energie na túto premenu je ATP a redukovadlom NADPH2. Poznáme dva mechanizmy naviazania CO2. 1. C3- Rastliny

Primárnym akceptorom CO2 je ribulóza-1,5-bisfosfát. Po naviazaní oxidu uhličitého na RuBP vznikne nestabilný šesťuhlíkový medziprodukt, ktorý sa vzápätí rozpadá na dve molekuly kyseliny 3-fosfoglycerovej.I ch redukciou NADPH2 a spotrebou energie ATP vzniká glyceraldehyd-3-fosfát. Z neho sa 5/6 spotrebúva na regeneráciu akceptoru a z 1/6 sa syntetizujú sacharidy. Produkty fotosyntézy bývajú u C3 rastlín z veľkej časti odbúravané dýchaním už počas fotosyntézy. Tomuto odbúravaniu hovoríme fotorespirácia.

2. C4 – Rastliny

Tieto rastliny prechádzajú tzv. Hatchovou-Slackovou cestou, kde primárnym akceptorom fosfoenolpyruvát. C4 rastliny majú menšiu fotorespiráciu a preto majú väčší výťažok fotosyntézy.

Faktory ovplyvňujúce fotosyntézu

1. Vlnová dĺžka a intenzita svetla
Najvýhodnejšou zložkou svetla pre fotosyntézu je červené a modrofialové svetlo. Rastlina dokáže zo svetla, ktoré na ňu dopadne, využiť asi 2%. Ostatné svetlo odráža alebo prepúšťa. Až po istú intenzitu svetla fotosyntéza, ale ďalšie zosilnenie svetla nad túto hranicu zvýšenie fotosyntézy neprináša.

2. Oxid uhličitý
Z 1 gramu CO2 sa vytvorí asi 0.5 g sušiny. Veľké zvýšenie alebo zníženie koncentrácie spomaľuje až zastavuje, menšie zmeny ju neovplyvňujú.

3. Teplota
Teplota ovplyvňuje fotosyntézu výrazne. Optimálna teplota sa u rôznych druhov rastlín pohybuje okolo 25-30°C. U väčšiny našich rastlín prebieha fotosyntéza v rozmedzí teplôt 0-40°C.

4. Voda
Voda je materiálom na fotolýzu vody. Ak je v rastline nedostatok vody, zatvoria sa prieduchy, ktorými do rastliny vniká CO2 a spomalí sa fotosyntéza.