Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Transkript

1 Fotosyntéza 2 Ondřej Prášil prasil@alga.cz

2 Obsah přednášky membrány a organely světlo termodynamika historie

3 Fotosyntetické membrány

4 Electron tomography Cells contain ~100 chlorosomes appressed to the cytoplasmic membrane Connected via a complex internal structural network. Each chlorosome contains ~200,000 molecules of BChl c.

5 Plastidy semiautonomní organely, mají vlastní DNA reprodukují se dělením fotosyntéza biosyntéza mastných kyselin biosyntéza aromatických aminokyselin ukládání látek

6

7 Proplastid prekursor ostatních plastidů Amyloplast obsahují amylózu

8 Etioplast vznikající chloroplast při absenci světla obsahují bezbarvý protochlorofylid membránové lipidy uloženy v prolamelárních tělíscích semikrystaly po osvětlení se přemění na thylakoidní membránu chloroplastu

9 CH 3 Chloroplast Chlorofyl a

10

11 lumen je kontinuální prostor po celém chloroplastu rostliny 5-8 x 3-4 m

12 Laterální heterogenita uspořádání fotosyntetických komplexů

13

14

15 Chemické složení thylakoidní membrány dominantní lipidy MGDG a DGDG málo fosfolipidů celková sušina

16

17 VIDEO - CHLOROPLASTY

18 Chromalveolata Green, 2010

19 Apicoplast Chloroplast plastid 2009 QIAGEN, all rights reserved Plastid v Toxoplasma sp.

20 Dělení plastidů jako u bakterií FtsZ (tvorba septa) dělení plastidů je řízeno dělením a zvětšováním buněk dělení plastidové DNA nerovnoměrné, počet kopií často náhodný

21 chloroplasty obsahují cirkulární DNA ( kb) ribozómy až 50% všech ribozómů buňky bakteriální způsob replikace, transkripce a translace Interakce jaderného a plastidového genomu koordinace RUBISCO rbcl chloroplast, rbcs jádro nikdo ale neví, jak to je!!

22 Import proteinů do plastidů ~2500 bílkovin je kódováno v jádře, syntetizováno v cytosolu a importováno do plastidů N-terminální presekvence Toc a Tic translokony simultánní translokace přes vnější a vnitřní membránu SPP stromal processing peptidase

23

24 Energie fotonu = h = h c/ Einstein (1905) h = Planckova konstanta h =6.626 x joule s -1 = kmitočet /frekvence (Hz) = vlnová délka (nm) c= rychlost světla Energie 1/vlnová délka 430 nm light 1 foton 3.0 ev 670 nm light 1 foton 1.7 ev 1 ev = energie potřebná k přenesení 1 e - rozdílem potenciálů 1V

25 Spektrum slunečního záření Spektrální ozářenost [W/m 2 /nm] UV 8% Viditelné 45% IR Sluneční záření vstupující do atmosféry 47% Černé těleso o teplotě 5780K Slunce hvězda typu G2 teplota ~ 5780 K = 8 h c 1 5 e hc/ k bt -1 Vlnová délka [nm] Záření na zemském povrchu ( ) Absorbční pásy

26 Spektrum dopadajícího slunečního záření 8% <400nm 47% >700nm 30% >1000nm

27 Solární konstanta 1373 Wm -2 celkem 1, W

28 Variabilita množství dopadající světelné energie denní sezónní dle zeměpisné šířky

29 celková energie % viditelné (PAR)

30 Spektrálně nehomogenní světelné pole ve vodě

31 Optické vlastnosti vody určují světelné spektrum

32 Absorbce světla v čisté vodě Vlnová délka [nm] modré světlo je ve vodě absorbováno nejméně

33 Fotosyntéza na planetách mimo Sluneční soustavu? Rostliny na Marsu pravděpodobně nejsou převážně zelené, ale krvavě rudé. >200 obřích planet ~ 20 planet podobných Zemi H.G.Wells, Válka světů, 1989

34

35 Termodynamika nejen fotosyntézy 1 1. Zákon U = q +w U vnitřní energie, stavová funkce udává zachování energie Enthalpie H=U +PV p = konst., = q p 2. Zákon udává které spontánní pochody jsou možné entropie S = k b ln W při spontánním procesu S izolovaného systému roste Gibbsova volná energie G = H TS za podmínek konst. p a T je u spontánního procesu G < 0 změna volné energie je důležitou veličinou biochemických procesů

36 Termodynamika nejen fotosyntézy 2 chemický potenciál 0 molární volná energie RT ln a = 0 +RT ln a a ~ koncentraci látky G = G 0 + RT ln Q v rovnováze 0 = G = G 0 + RT ln K G 0 = - RT ln K K = [C] [D]/ [A] [B] pokud je G 0 < 0 pak K>1 Redoxní reakce A ox + B red A red + B ox G = G 0 + RT ln ([A] red [B] ox / [A] ox [B] red ) G = -nf E převod mezi Jouly a Volty Nernstova rovnice E= E 0 -RT ln ([A] red [B] ox / [A] ox [B] red )

37 Termodynamika nejen fotosyntézy 3 Redoxní reakce A ox + B red A red + B ox G = G 0 + RT ln ([A] red [B] ox / [A] ox [B] red ) G = -nf E převod mezi Jouly a Volty Nernstova rovnice E= E 0 -RT ln ([A] red [B] ox / [A] ox [B] red ) Midpoint potential [A] red = [A] ox

38 Redoxní titrace E meas = E A E ref = E ma 0,059/n log [A] red /[A] ox -E ref