Fotosyntéza 2 Ondřej Prášil prasil@alga.cz 384-340430
Obsah přednášky membrány a organely světlo termodynamika historie
Fotosyntetické membrány
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.
Plastidy semiautonomní organely, mají vlastní DNA reprodukují se dělením fotosyntéza biosyntéza mastných kyselin biosyntéza aromatických aminokyselin ukládání látek
Proplastid prekursor ostatních plastidů Amyloplast obsahují amylózu
Etioplast vznikající chloroplast při absenci světla obsahují bezbarvý protochlorofylid membránové lipidy uloženy v prolamelárních tělíscích semikrystaly po osvětlení se přemění na thylakoidní membránu chloroplastu
CH 3 Chloroplast Chlorofyl a
lumen je kontinuální prostor po celém chloroplastu rostliny 5-8 x 3-4 m
Laterální heterogenita uspořádání fotosyntetických komplexů
Chemické složení thylakoidní membrány dominantní lipidy MGDG a DGDG málo fosfolipidů celková sušina
VIDEO - CHLOROPLASTY
Chromalveolata Green, 2010
Apicoplast Chloroplast plastid 2009 QIAGEN, all rights reserved Plastid v Toxoplasma sp.
Dělení plastidů jako u bakterií FtsZ (tvorba septa) dělení plastidů je řízeno dělením a zvětšováním buněk dělení plastidové DNA nerovnoměrné, počet kopií často náhodný
chloroplasty obsahují cirkulární DNA (120-160 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!!
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
Energie fotonu = h = h c/ Einstein (1905) h = Planckova konstanta h =6.626 x 10-34 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
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
Spektrum dopadajícího slunečního záření 8% <400nm 47% >700nm 30% >1000nm
Solární konstanta 1373 Wm -2 celkem 1,8.10 17 W
Variabilita množství dopadající světelné energie denní sezónní dle zeměpisné šířky
celková energie % viditelné (PAR)
Spektrálně nehomogenní světelné pole ve vodě
Optické vlastnosti vody určují světelné spektrum
Absorbce světla v čisté vodě Vlnová délka [nm] modré světlo je ve vodě absorbováno nejméně
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
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
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 )
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
Redoxní titrace E meas = E A E ref = E ma 0,059/n log [A] red /[A] ox -E ref