Fotosyntéza

Sacharidy sa v prírode tvoria z kysličníka uhličitého a vody v osobitnom procese nazývanom fotosyntéza. Už názov indukuje, že syntéza súvisí so svetlom. Svetlo dodáva energiu potrebnú na endergonickú sústavu rakcií. Realizovať ju môžu len organizmy, ktoré majú potrebné zariadenie na premenu žiarivej energie na chemickú energiu a vedia produkovať všetky zainteresované katalyzátory. Tieto požiadavky spĺňajú zelené rastliny a fototsynetizujúce mikroorganizmy, ktoré majú fotosyntetický aparát. Jeho základom je chlorofyl.

Fotosyntéza je veľmi rozšírený proces v prírode. Ročne sa ňou získava asi 1,5 . 1011 ton uhlíka viazaného v organickej zlúčenine a do atmosféry sa uvoľní asi 4 . 1011 ton kyslíka. Suchozemské zelené rastliny sa na tomto množstve podieľajú asi 10 %, 90 % pripadá na zelené riasy svetových oceánov. Takýmto spôsobom fotsytetizujúce rastliny likvidujú dýchaním vznikajúci kysličník uhličitý a súčasne dodávajú do atmosféry kyslík.

Chlorofyl je umiestnený v chloroplastoch, pričom jedna bunka zeleného listu obsahuje 20 až 100 chloroplastov. V každom chloroplaste je asi 40 až 60 zŕn chlorofylu priemeru 0,1 m. chlorofyl tvorí zložené zlúčeniny s bielkovinami, lipidmi a karotenoidmi.

Molekula chlorofylu je schopná prijať emergiu jedného svetelného kvanta, čín sa dostáva do vzbudeného stavu. Tento stav trvá len zlomok sekundy a molekula chlorofylu sa usiluje prijatú energiu vyžariť späť. Asi 25 % prijatej energie sa vyžiari ako teplo, asi 3 % ako fluorescencia a zvyšok odoberú molekuly nachádzajúce sa okolo. Táto časť energie sa potom použije na syntézu sacharidov.

Roku 1941 sa pokusmi dokázalo, že kyslík uvoľňovaný pri fotosyntéze pochádza z vody. Keď ožiarili suspenziu zelených rias a vody obsahujúcej rádioaktívny kyslík, zistili, že rádioaktívny kyslík sa objavil v kyslíku vychádzajúcom z reakcie. V ďalšom pokuse používali kysličník uhličitý s rádioaktívnym kyslíkom, ale kyslík vychádzajúci z reakcie niebol rádioaktívny. Z toho dedukovali, že kyslík, ktorý sa uvoľňuje pri fotosyntéze, pochádza z vody a vodík vstupuje do medziproduktov tohto procesu.

Kalifornský chemik CALVIN dal zelené riasy alebo zelené listy do vody, ktorá obsahovala kysličník uhličitý s rádioaktívnym uhlíkom a osvetlil ich. Analýzou potom zistil, do ktorej zlúčeniny sa rádiaoktívny uhlík dostal. V extrakte zelených listov dokázal celý rad fosforečných esterov 5 až 7 uhlíkatých sacharidov.

Jeho výsledky potvrdili BLACKMAN, WARBURG a NEIL, ktorí okrem toho prišli na to, že po osvetlení sa môžu v zelených rastilnách tvoriť sacharidy ešte nejaký čas v tme. Teda fotosyntézu možno rozdeliť na fázu vyžadujúcu svetlo a na fázu, ktorá svetlo nepotrebuje. RUBEN už roku 1943 zistil, že redukcia kysličníka uhličitého na sacharidy si vyžaduje prítmnosť redukovaných pyridínových nukleotidov (NADPH + H+) a adenozíntrifosfátu (ATP).

Úlohu chlorofylu a podiel svetla na fotosyntéze podrobne preskúmal ARNON. Zhrnul dovtedajšie poznatky, doplnil vlastnými niekoľkoročnými pokusmi a urobil závery. Podľa neho kľúčovú úlohu ma chlorofyl, schopný akceptovať žiarivú energiu a transformovať ju na chemickú energiu. Táto chemická energia sa akumuluje vo forme ATP. teda ide o fosforyláciu. Pritom fosforylácia je dvojaká – cyklická a necyklická.Pri cyklickej fotofosforylácii chlorofyl prijme svetelné kvantum – fotón a dostane sa do excitovaného stavu. Vtedy je schopný uvoľniť na energiu bohatý elektrón. Ten prejde radom prenášačov – cez feredoxín na gylochinón alebo flavín a cez cytochrómy späť na chlorofyl. Počas tohto prenosu odovzdá prijatú energiu svetla a tá sa využije na aktiváciu anorganického fosfátu, ktorý sa viaže makroergickou väzbou na ADP a tvorí sa ATP. Cyklická fotofosforylácia je zrejme univerzálna u všetkých fotosyntetizujúcich organizmov.

Pri necyklickej fotofosforylácii sa energia elektrónu z ožiareného chlorofylu použije na tvorbu vodíkového radikálu, ktorý sa pripojí na NADP+ a vytvorí NADPH. Vodíkové radikály sa tvoria z vodíkových protónov, vznikajúcich disociáciou vody. Pri nej vzniká aj hydroxylový anión, z ktorého „nenasýtený“ chlorofyl odoberie elektrón. Elektrón z hydroxylového aniónu prechádza opäť cez sústavu prenášačov, ktoré z neho odoberú energiu a aj tá sa napokon akumuluje v ATP.

Všetky ostatné reakcie fotosyntézy už svetlo nevyžadujú a môžu prebiehať aj za tmy, ale musia mať k dispozícii potrebné zásoby NADPH2 a ATP.

Priebeh fotosyntézy ovplyvňuje veľa rôznych činiteľov. Medzi ne patrí aj farba svetla. Od farby závisí látkový výsledok fotosyntézy. Ak sú rastliny vystavené červenému svetlu, intenzívne sa v nich tvoria sacharidy, ak sú vystavené modrému svetlu, je narušené poradie reakcií a okrem sacharidov sa vo veľkej miere tvoria aminokyseliny.

Podobný vplyv na priebeh fotosyntézy má aj minerálna výživa rastlín. Ak pôda obsahuje veľa dusičnanov, veľká časť redukovaného nikotínamiddinukleotidfosfátu (NADPH + H+) sa spotrebuje na ich redukciu a nie na redukciu kyseliny fosfoglycerovej, z ktorej sa potom takisto tvoria aminokysleiny.

Ďalším činiteľom je teplota. Dokázalo sa, že fotosyntéza niektorých rastlín prebieha najintenzívnejšie pri teplote 37 °C.

Výsledok fotosyntézy ovplyvňuje aj obsah kysličníka uhličitého v atmosfére. Normálny obsah kysličníka uhličitého v atmosfére je asi 0,03 %.

Vlastný názor na tému:

Podľa môjho názoru bolo študovanie súvislostí medzi rastom a farbou dosť náročné, ale ako vidieť prinieslo to svoje ovocie. Človek dokázal vyskúmať toľko premien, ktoré na pohľad vyzerajú tak jednoducho, ale skrýva sa za nimi mnoho reakcií. Je obdivuhodné, že sa s  tým chcelo niekomu „piplať“. Samozrejme, ešte obdivuhodnejšie je to, že to príroda dokázala „vymyslieť“. Aký by bol vlastne svet bez fotosyntézy? Bol by vlastne svet? Na tieto otázky asi ťažko hľadať odpoveď.