Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Fotosyntéza. Ondřej Prášil. prasil@alga.cz 384-340430"

Anežka Lišková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Fotosyntéza 3 Ondřej Prášil prasil@alga.cz

2 Historie fotosyntézy Jan Baptista Van Helmont 1640 vážení vrby 80 kg 5 let 100 kg 99,94 kg

3 John Priestley flogiston objev kyslíku flogiston

5 Jan Ingenhousz světlo je nezbytné pro fotosyntézu rostliny dýchají Experiments upon Vegetables, Discovering Their great Power of purifying the Common Air in the Sun-shine, and of Injuring it in the Shade and at Night. To Which is Joined, A new Method of examining the accurate Degree of Salubrity of the Atmosphere (kniha, 1779)

Air in the Sun-shine, and of Injuring it in the Shade and at Night.

6 Odkud pochází kyslík? rozvoj poznání Jean Senebier : role CO 2 ve fotosyntéze M.Bertholet Nicolas de Saussure ( ): role H 2 O Rovnice fotosyntézy na začátku 19.století (neznali chemické vzorce, zákony zachování hmoty..) oxid uhličitý + voda + světlo organická hmota + kyslík

Bertholet 1748-1822 Nicolas de Saussure (1767-1845): role H 2 O Rovnice

7 Jean Baptiste Boussingault 1864 jaký je redoxní stav uhlíku? CO 2 /O 2 ~1 Cve formě uhlovodíků (H:O = 2:1), role průduchů Julius von Sachs v listech se hromadí škrob pouze po osvětlení 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2

8 Theodore Engelmann 1894 Cladophora, vláknitá řasa a pohyblivé baktérie, citlivé na kyslík

9 Spirogyra vláknitá řasa + pohyblivé baktérie, citlivé na kyslík

10 Mechanismus fotosyntézy? počátek 20. století: CO 2 + H 2 O -> CH 2 O (formaldehyd) každá molekula chl je katalyzátorem reakce Wilstatter a Stoll Fotosyntéza: světlem indukované oxidačně redukční reakce Cornelius van Niel, 30.léta 20.století Holandský mikrobiolog, Stanford University, Kalifornie CO 2 + 2H 2 A (CH 2 O) + 2A + H 2 O fotolithoautotrofní bakterie 2 fyzicky a časově oddělené redoxní reakce 2H 2 A 2A + 4e - + 4H + CO 2 + 4e - + 4H + (CH 2 O) + H 2 O kyslík nepochází z CO 2 ale z H 2 O

světlem indukované oxidačně redukční reakce Cornelius van Niel, 30.léta 20.

11 Robert Hill, Cambridge 1930 Obnovení fotosyntetických aktivit v izolovaných chloroplastech po přidání vhodných akceptorů elektronů Hillova reakce 2H 2 O + 4Fe 3+ O 2 + 4Fe H + Měřil kyslík změnou barvy hemoglobinu

vhodných akceptorů elektronů Hillova reakce 2H 2 O +

12 Blackman 1924 Při nízkých intenzitách světla (A) když světlo je limitující teplota nemá na fotosyntézu vliv. Proto Q 10 = 1 Při vysokých intenzitách světla (B) kdyžsvětlo není limitující teplota má vliv na fotosyntézu. Rychlost fotosyntézy se při každém zvýšení teploty o 10 C zdvojnásobí. Proto Q 10 = 2 Závěr Fotosyntéza se skládá ze dvou reakcí... I Reakce závislá na světle Fotochemická, nezávislá na teplotě (Q 10 = 1) II Reakce na světle nezávislá ( Temnotní" reakce) Enzymatická, má Q 10» 2

Rychlost fotosyntézy se při každém zvýšení teploty o 10 C zdvojnásobí.

13 Ambientní koncentrace CO 2 = 0.035% nebo 350 ppm. Pozorování: CO 2 limituje rychlost fotosyntézy při vysokých intenzitách světla (C), když světlo není limitující. Závěr Fixace uhlíku probíhá v reakci, která není na světle závislá. Je to enzymatický proces

intenzitách světla (C), když světlo není limitující.

14 Robert Emerson, William Arnold California Institute of Technology 1932 použili krátké ( sec) záblesky synchronizace reakcí kvůli odvození kinetických konstant vývoj kyslíku měřili manometricky fotochemická reakce Závěr: fotosyntéza zahrnuje světelné i temnotní reakce temnotní reakce limitují při vysoké intenzitě enzymatická reakce

vývoj kyslíku měřili manometricky fotochemická reakce Závěr: fotosyntéza zahrnuje

15 Robert Emerson, William Arnold California Institute of Technology 1932 zjistili kolik O 2 se vyvine na jeden chlorofyl předpoklad: 1 O 2 se vyvine z jednoho chlorofylu?? Chlorella 1 O 2 ~ 2500 chl Fotosyntetická jednotka Gaffron a Wohl, 1936

chlorofyl předpoklad: 1 O 2 se vyvine z jednoho chlorofylu?

16 Fotosyntetická jednotka Gaffron a Wohl, 1936

17 Maximální kvantový výtěžek vývoje kyslíku In a perfect world photosynthesis must be perfect Proč je důležitý? -stanovuje maximální možnosti -ukazuje na omezení ve využití světla Otto Warburg definice = moly produktu / moly absorbovaných fotonů kvantový požadavek = 1/ kvantová účinnost ( ) : energie uložená v produktu / energie absorbovaná Maximální kvantový výtěžek Otto Warburg, 20.léta: Emerson, 50.léta: = 0.25 q/co 2 (3-4 fotony, jedna fotoreakce) = q/co2 (8 fotonů, 2 fotosystémy)

absorbovaných fotonů kvantový požadavek = 1/ kvantová účinnost ( ) : energie uložená v produktu / energie absorbovaná

18 účinnost ( ) : energie uložená v produktu / energie absorbovaná účinnost fotochemických procesů může být až 0.95 CO 2 + H 2 O 1/6 glukózy + O 2 Standardní volná energie uložená ve fotosyntéze G 0 = 1/6 G 0 f (glukóza) + G 0 f (O 2 ) - G 0 f (H 2 O) - G 0 f (CO 2 ) G 0 = 1/6 (-914,54) +(0) (237,19) (-394,38) G 0 = +479,1 kj mol -1 Světlo: E ( QR) hc N A Warburg QR = 3 E = 528,5 kj mol -1 Účinnost 91 % In a perfect world photosynthesis must be perfect Emerson QR = 10 E = 1761,4 kj mol -1 Účinnost 27 % (maximální). Reálně ~ 5%

(H 2 O) - G 0 f (CO 2 ) G 0 = 1/6 (-914,54) +(0) (237,19) (-394,38) G 0 = +479,1 kj mol -1 Světlo: E ( QR) hc N A Warburg QR = 3 E =

19 Emerson & Lewis, 1942 Měření vlnové závislosti kvantového výtěžku fotosyntézy Red drop

20 Emersonovo zvýšení (enhancement) výtěžku (1957) Jevy red drop a red enhancement naznačují, že existují 2 různé fotochemické reakce Blinks, Meyers, French pouze 1 monochromátor. Ukázal, že zvýšení výtěžku nastane i po intervalu msec sec! Tedy obě reakce interagují produky chemických reakcí a ne excitovanými stavy pigmentů

1 monochromátor. Ukázal, že zvýšení výtěžku nastane i po intervalu msec sec!

21 Haxo a Blinks, ~1950 rychlá kyslíková elektroda zelené řasy ruduchy chlorofyly téměř neúčinné pro fotosyntézu

22 Kyslíková elektroda elektrochemická redukce O2 katoda: O 2 + 4H + +4e - 2(H 2 O) anoda: 4Ag 4Ag + + 4e - Ag + + Cl - AgCl I = nfaj O2 proud je úměrný toku kyslíku n = 4 F Faradayova konst. A plocha elektrody J O2 tok kyslíku U 0,65V Clarkova elektroda teflonová nebo silikonová membrána, pomalá (0,01-0,1 sec) Rychlá elektroda vzorek přímo na katodě, oddělen celofánem, odezva pod 10 ms

23 Duysens antagonistický efekt různých světel na cytochrom f A B red ox Změna absorbčních vlastností cytochromu v závislosti na vlnové délce aktinického světla (A) Chlorella změna absorbce po osvětlení červeným světlem (B) Antagonistický efekt índikuje, že existují dvě světelné reakce (C) C

24 Bessel Kok 1957 Absorbční změny u 700 nm (PS 1)

25 Variabilní fluorescence chlorofylu

26 Akční spektra vývoje kyslíku a fluorescence

27 Q red F m F v Q ox F o 0

28 O 2 Fluor. Cyt b 6 /f P 700

29 Z (zig-zag) schéma fotosyntézy Robert Hill a Fay Bendall, 1960 Duysens reakce v tandemu

31 Konec

Podobné dokumenty

Umělá fotosyntéza. Michael Hagelberg. Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie

Umělá fotosyntéza. Michael Hagelberg. Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie Umělá fotosyntéza Michael Hagelberg Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie Energetické požadavky společnosti Energetický rozdíl 14 TW, 2050 33 TW, 2100 Alternativy Fosilní paliva Jaderné štěpení Obnovitelné