Dýchací řetězec (Respirace)

Transkript

1 Dýchací řetězec (Respirace)

2 Buněčná respirace (analogie se spalovacím motorem)

3 Odbourávání glukosy (včetně substrátových fosforylací) C 6 H 12 O 6 + 6O > 6 CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

4

5 Oxidativní fosforylace probíhá na vnitřní membráně mitochondrií

6 Mitochondriální dýchací řetězec

7 Přehled mitochondriálních kotvených komplexů kotvený komplex systémový název další názvy prosthetické skupiny počet aktivně transportovaných H + I NADH:ubichinonoxidoreduktasa ubichinonreduktasa flavinmononukleotid, nehemové železo 4 II substrát:ubichinonoxidoreduktasa a další sukcinátdehydrogenasa, 3-hydroxy-acylCoAhydrogenasa atd. flavinadenindinukleotid 0 III cytochrom-c-reduktasa hem, nehemové železo 4 IV ubochinol:ferricytochrom-coxidoreduktasa ferrocytochrom-c:kyslíkoxidoreduktasa cytochrom-c-oxidasa hem, ionty mědi 2

8

9

10

11 Analogie s přečerpávací elektrárnou

12 ΔG= F.Δ + /F Protonmotivní síla: PMF Δ 2, 303.RT. log 2, 303.RT F Jednotlivé složky protonmotivní síly a a H, H ext, int ph

13

14 Anaerobní respirace Roli terminálního akceptoru elektronů nemusí hrát jen kyslík; při AR jiné molekuly nebo ionty - např. ionty dusičnanové (NO 3- ) nebo síranové (SO 4 2- ); ve srovnání s kyslíkem, je nižší redox-potenciál (nižší energetická účinnost) - především u bakterií (např. půdní) denitrifikační bakterie redukují dusičnanové ionty na dusitanové, ale někdy i na formy dusíku s nižším oxidačním číslem (někdy až na amoniak); podobně desulfurizační bakterie mohou redukovat síranové ionty na siřičitanové či thiosíranové nebo na sulfan. Tyto procesy se významně podílejí na koloběhu dusíku a síry v přírodě a umožňují chemoorganotrofním bakteriím zaplňovat anaerobní niky v biosféře (včetně např. střevního traktu obratlovců).

15 Fotosynthesa (zaměřeno na světlou fázi)

16 Fotosyntéza: - světlá fáze - temná fáze Úkolem fotosyntézy - redukce C; následuje zabudování do org. molekul -sacharidů: Světlá fáze fotosyntesy D donor H (obvykle O)

17 Světlá fáze v chloroplastech na membráně thylakoidů

18 Chlorofyl χλωρός ( zelený") φύλλον (list) (navázan na nosičovou bílkovinu) absorbuje světlo

19 -některé molekuly ch. (menší část) součástí tzv. reakčního centra fotochemické funkce -další ch. anténní (světlosběrný -LHC) systém; energie absorbovaná jednou molekulou předávána resonančně až doputuje do reakčního centra

20

21 Schéma světlé fáze fotosyntesy

22

23 Primární (světelná) fáze fotosynézy (1) absorpce slunečního záření fotoreceptorem a excitace elektronu fotoreceptoru (2) fotolýza vody: H 2 O 2H + + 2e - + 1/2O 2 (3) fotoredukce NADP + : NADP + + 2H + + 2e - NADPH + H + Protony (2H+) v této reakci pocházejí z fotolýzy vody, z níž byly uvolněny po proběhlých procesech uvedených v bode (1). protonový (4) fotofosforylace: ADP + Pi ATP + H 2 O gradient

24 Propojení světlé fáze a Calvinova cyklu (temné fáze) Zdroj: Celkově zjednodušeně: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2

25 Fotosynthesa proces, kterým se v zelených rostlinách světelná energie mění na energii chemických vazeb; dvě fáze, tj. světelnou a temnostní CO 2 je pomocí tohoto procesu asimilováno, a zabudováno do organických sloučenin, produktem jsou sacharidy (škrob, cukry) sumárně lze fotosyntézu vyjádřit rovnicí: 6 CO H 2 O + 2,7 kj C 6 H 12 O 6 + 6O 2 vázána u vyšších rostlin na chloroplasty - cca v 1 buňce, 2 biomembrány; vlastní DNA; stroma a síť tylakoidů tylakoidy - vnější stěna: bílkovinná struktura, vnitřní stěna: lipidická struktura; obsahují fotosyntecká barviva (vázané na tzv. fotosystémy), přenašeče elektronů a enzymy (1. světelná fáze fotosyntézy)

26 Dva základní typy fotosynthesy oxygenní anoxygenní OXYGENNÍ fotosynthesu uskutečňují sinice a rostliny. K redukci CO 2 je vždy využíván vodík uvolněný pri fotolýze vody a vedlejším produktem je kyslík. Oxygenní fotosynthesa je hlavním zdrojem kyslíku v atmosféře. ANOXYGENNÍ fotosynthesu uskutečňují gramnegativní bakterie (purpurové sirné a nesirné, zelené sirné bakterie) Donorem vodíku jsou jiné anorganické látky než voda (např. H 2 S) a žádným z vedlejších produktů není kyslík.

27 Calvinův cyklus sekundární (temnostní) fáze fotosyntézy - není vázána na světlo, probíhá ve stromatu chloroplastů

28

29 Syntesa látek z produktů Calvinova cyklu Sacharosa: vznik mimo chloroplasty; 2GAP F-1,6DP F-6P G-1P (opačná glykolysa); G-1P + UTP UDPG + F-6P sacharosafosfát Škrob: vznik ve stromatu; F-6P G-1P + ATP ADPG (1,4 vazba), podobně vzniká i amylopektin (1,6 vazba) polymerace. Fruktany: vznik ve stromatu; ve vodě rozpustné polymery fruktosy, rychlý zdroj energie (vakuoly). Problémy fixace CO 2 RUBISCO funguje jako karboxylasa (váže CO 2, Calvinův cyklus) ALE možnost reakce s O 2 (=fotorespirace) Zejména při teplotě a intenzitě ozáření se snižuje koncentrace CO 2 v chloroplastech a zvyšuje se poměr fotorespirace

30 C4-rostliny V C4 rostlinách je prostorově oddělena fixace CO 2 od Calvinova cyklu.; (Hatch-Slackův cyklus).

31

32 CAM rostliny zástupci čeledí Crasulaceae, Liliaceae, Cactaceae, Orchideaceae Princip - časově izolovaná dvojí karboxylace: 1. noc = otevřené průduchy, fixace CO 2 na PEP (fosfoenolpyruvát) vznik malátu, aktivní transport do vakuol (spotřeba 1 ATP) + obnova RUBP (ribulosabisfosfát) (spotřeba 1 ATP). 2. den = zavřené průduchy, malát do Calvinova cyklu.

33 CAM rostliny Zdroj: Zdroj:

34 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ FOTOSYNTÉZU koncentrace CO 2, teplota, H 2 O, minerální výživa, imise (rozklad chlorofylu)

35 Srovnání fotosynthesy a respirace

36 Fototrofní organismy ročně zachytí asi kj energie a její pomocí vyrobí asi t organické hmoty, uvolní t O 2 a fixují t CO 2 ze vzduchu a oceánů. Zdroj: Světové zásoby uhlí celkově: milionů tun (potvrzeno k roku 2006) t Zdroj: Elektrárny na uhlí? Odkud je energie?