Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/

Transkript

1 Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/ Určeno pro Sekce Předmět Téma / kapitola 6. ročník Základní EVVO Fotosyntéza

2 Obsah: FOTOSYNTÉZA FOTOSYNTÉZA, JAJÍ CHARAKTERISTIKA HISTORIE VÝZNAM FOTOSYNTÉZY ROVNICE FOTOSYNTÉZY

3 FOTOSYNTÉZA V této kapitole se dozvíte: o fotosyntéze - charakteristika; o fotosyntéze v historických souvislostech; o významu fotosyntézy; o rovnici fotosyntézy; Budete schopni: definovat co je to fotosyntéza; pochopit význam fotosyntézy pro živé organismy; Klíčová slova této kapitoly: Fotosyntéza, chlorofyl, kyslík, oxid uhličitý Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 2h 1 Fotosyntéze Fotosyntéza (z řeckého fós, fótos světlo a synthesis shrnutí, skládání ), využívá se při ní energie slunečního záření k syntéze organických sloučenin (sacharidů). Vstupní látky jsou jednoduché anorganické látky (oxid uhličitý a voda. Tento proces probíhá u rostlin v chloroplastech a to za přítomnosti fotosyntetických barviv (zejména chlorofylu). Fotosyntéza má zásadní význam pro život na Zemi. Zelený list fotosyntéza probíhá v listech rostlin za pomoci zeleného barviva chlorofylu Fotosyntéza je složitý, několikastupňovitý proces, který probíhá v chloroplastech zelených rostlin a v mnoha dalších organizmech. Jedná se o tzv. autotrofní výživu. 3

4 Průběh se dělí do dvou fází: 1. Ve světelné fázi barevné pigmenty pohlcují světlo, z něhož získávají energii pro následné děje. V této fázi dochází k rozkladu vody a uvolnění kyslíku (který pak využívají i jiné organizmy k dýchání). 2. Biochemické děje v temnostní fázi již světlo nepotřebují, ale využívají energii, která z něj byla ve světelné fázi získána. V této fázi dochází k zabudování oxidu uhličitého do molekul cukrů, které dále slouží buď jako zásobárna a zdroj energie, nebo jako stavební složky pro tvorbu složitějších molekul (polysacharidů, glykosidů aj.). Procesy temnostní fáze probíhají v cyklech a liší se podle druhu organizmu. Vnější faktory, na nichž průběh fotosyntéza závisí, jsou světlo, teplo, voda a koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu. Rozlišujeme: Fotosyntézu oxygenní anoxygenní 1. oxygenní při které vzniká kyslík a pro jejíž zahájení je třeba voda 2. anoxygenní při které kyslík nevzniká a do jejíhož zahájení nezasahuje voda, přičemž rozeznáváme různé typy anoxygenní fotosyntézy, a to jestli je pro její zahájení sulfan nebo nějaké organické kyseliny. Chloroplast Zjednodušené schéma fotosyntézy 4

5 Celvinův cyklus Fáze, která není závislá na světle. Proces s fixací CO 2 za vzniku šestiuhlíkatého sacharidu (glukózy). Při zvýšené fotosyntetické aktivitě je sluneční energie uložena do molekul škrobu, který ve stromatu chloroplastů tvoří typická zrna. Škrob je v noci odbouráván na jednodušší sacharidy (např. sacharózu), ty jsou pak transformovány na místy spotřeby. 5

6 2 Historie V 17. a 18. století se začali vědci hlouběji zabývat ději, které probíhají v rostlinách. K prvním patřili Johannes van Helmont a Joseph Priestley. Důležitým výsledkem jejich zkoumání bylo zjištění, že v zelených částech rostlin dochází k výměně plynů, kyslíku a oxidu uhličitého. Rozhodující objev však učinil holandský lékař Jan Ingenhousz ( ), který našel zásadní souvislost mezi touto výměnou a slunečním zářením. Prokázal, že působením světla přijímají rostliny oxid uhličitý a "vydechují" kyslík, ve tmě pak v rostlinách probíhá opačný proces. Jev dostal jméno fotosyntéza. Už před více než 2,5 miliardami let začaly v prvních primitivních organismech, například v sinicích, působením slunečního světla chemické přeměny organických sloučenin. Byl tak "nastartován" nejdůležitější biochemický proces na Zemi - fotosyntéza (řecké slovo fos = světlo). Z hlediska fyziky je fotosyntéza děj, při kterém si rostliny vyměňují látky a energii se svým okolím. V listech rostlin se část energie slunečního záření (jen asi 1-2 %) mění na chemickou energii, která se ukládá do molekul glukózy (cukru). Buňky listů obsahují zelené barvivo chlorofyl, schopné dopadající světlo absorbovat. I když jde při fotosyntéze o složité biochemické reakce (probíhají ve dvou stupních), pokusíme se objasnit aspoň jejich podstatu. Tento cyklus důkladně prozkoumal americký biochemik, syn ruských emigrantů, Malvin Calvin ( ) a za své výzkumy získal v roce 1961 Nobelovu cenu. Bez fotosyntézy by nemohl existovat život na naší Zemi - rostliny by nerostly, živočichové by ztratili potravu, v atmosféře by přibývalo oxidu uhličitého a ubývalo kyslíku. Do atmosféry se ročně uvolňuje asi 200 miliard tun kyslíku, nezbytného pro dýchání. Současně vzniká každoročně asi 150 miliard tun organických látek, tzv. biomasy. Během stamilionů let z ní vznikla fosilní paliva, využívaná dnes jako nejrozšířenější (bohužel neobnovitelný) zdroj energie pro vytápění, dopravu i výrobu elektrické energie. Téměř všechny živé organismy na Zemi využívají k životu chemickou energii, která vznikla přeměnou energie slunečního záření zelenými rostlinami v procesu fotosyntézy. 6

7 3 Význam fotosyntézy Vytvořila kyslíkovou atmosféru (je to první prokázaná emise, která ovlivnila vývoj planety). Umožňuje život na Zemi. Kyslík, který je vedlejším produktem fotosyntézy výrazně ovlivnil i směr vývoje organismů k současné rozmanitosti životních forem. Důležitá je, ale i schopnost fotosyntézou vázat (i dlouhodobě) označené množství uhlíku v rostlinné biomase. Produkuje organické látky cukr. Existuje více než 2 miliardy let. Na produktech fotosyntézy je závislý i dnešní průmysl, neboť uhlí, ropa a zemní plyn (tzv. fosilní paliva - je nerostná surovina, která vznikla v dávných dobách přeměnou odumřelých rostlin a těl za nepřístupu vzduchu. Řadí se sem především ropa, zemní plyn a uhlí.) jsou zbytky organismů, které žily v dávné minulosti a bez fotosyntézy by nevznikly. Černé uhlí Ropa Černé uhlí Zemní plyn Zemní plyn 4 Rovnice I když se jedná o složitý a ne úplně objasněný biochemický děj, můžeme ho zjednodušeně popsat chemickou rovnicí: 7

8 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 Fotosyntetické pigmenty Chlorofyly jsou to zelená barviva, která pohlcují modrou a červenou část spektra se jeví jako zelené. Karotenoidy žlutooranžové, pomocné (Xantofyly, Karoteny) Leukoplasty žádná barva, obsahují zásobní látky, které jsou v kořenu. Rychlost fotosyntézy Závisí na řadě vnitřních a vnějších faktorů, které jsou vzájemně podmíněny. Vnitřní energie získává fotosyntézou ΔH=2870 kj/mol. Stanovuje se z měření výdeje O 2 nebo ze spotřeby CO 2. Faktory ovlivňující fotosyntézu: Rozdělujeme je na faktory: 1. Vnitřní Množství a kvalita chloroplastu. Množství chlorofylu čím více tím lépe pro produkci kyslíku. Stáří listu starý list má menší produkci kyslíku. Minerální výživa. 2. Vnější Světlo: Rostoucí intenzita světla zvyšuje rychlost fotosyntézy. Příjem nadměrného množství slunečního záření představuje vedle rizika poškození fotosyntetického aparátu i nebezpečí přehřátí listu. Voda: 8

9 Pro průběh fotosyntézy je zcela nezbytná. Nedostatek se projeví uzavíráním průchodů, což znemožní přísun CO 2 do fotosyntetizujících pletiv a tím se může vytvářet glukóza Koncentrace CO 2 : Koncentraci CO 2 můžeme zvýšit pěstováním rostliny ve skleníku (např. sublimací pevného oxidu uhličitého, tzv. suchého ledu), čímž se dosahuje vyšších výnosů. Teplota: U našich rostlin je teplota C. Při -1 0 C se většinou fotosyntéza zastavuje, a při teplotách vyšších než 30 0C nastává výrazný pokles fotosyntézy. Proč jsou listy zelené Chlorofyl pohlcuje část slunečního záření v modrofialové části spektra a část v oblasti oranžovočervené. Světlo ze střední části spektra se chlorofylem prakticky nepohlcuje, ale od listů se odráží. V tomto světle jsou hlavně složky modrozelené, zelené a žluté. Naše oko tyto barvy "složí" na výslednou zelenou barvu. Původ jména chlorofyl je odvozen z řeckých slov chloros = zelený a phyllon = list. 9

10 Rozdíl mezi fotosyntézou a dýchání Fotosyntéza probíhá jen v buňkách s fotosynteticky aktivními barvivy probíhá jen na světle CO 2 a H 2 O vstupují do fotosyntetických reakcí kyslík se uvolňuje hromadí se energeticky bohaté zásobní látky, hmotnost rostliny se zvyšuje v evoluci se objevila dříve než dýchání. Dýchání probíhá ve všech živých rostlinných buňkách probíhá na světle i ve tmě CO 2 a H 2 O se uvolňují při dýchání kyslík se spotřebovává zásobní látky se potřebovávají, hmotnost rostliny se snižuje ve srovnání s fotosyntézou je evolučně mladší děj. Shrnutí kapitoly. Fotosyntéza Rostliny přijímají z půdy vodu (H 2 O) a ze vzduchu oxid uhličitý (CO 2 ). Působením světla dochází v listech k reakci, při níž vzniká kyslík a glukóza C 6 H 12 O 6. Kyslík O 2, uvolňovaný do vzduchu, dýchají živočichové a vydechují oxid uhličitý CO 2. Energeticky bohatá glukóza (cukr) se následně přeměňuje na látky potřebné k růstu rostliny. Použité materiály: KARLSON, P. Základy biochemie. Praha : Academia, ŠEBÁNEK, J., et al Fyziologie rostlin. 1. vyd. Praha : Státní zemědělské nakladatelství, VODRÁŽKA, Z. Biochemie 3. Praha : Academia, VOET, D.; VOETOVÁ, J. Biochemie. 1. čes. vyd. Praha : Victoria Publishing, Konec kapitoly. 10