Energetický metabolismus rostlin. respirace

Podobné dokumenty
Světelné reakce fotosyntézy. - fixace energie záření

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

Fotosyntéza Světelné reakce. Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR Laboratoř fotosyntézy v Třeboni

1- Úvod do fotosyntézy

FYZIOLOGIE ROSTLIN VÝŽIVA ROSTLIN 1) AUTOTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN 2) HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

METABOLISMUS SACHARIDŮ

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

Měření množství dopadající energie světla. Fotoinhibice, fotopoškození a fotoprotekční mechanismy

Energetický metabolismus rostlin

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

FOTOSYNTÉZA. soubor chemických reakcí,, probíhaj v rostlinách a sinicích. z CO2 a vody jediný zdroj kyslíku ku pro život na Zemi

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

Fyziologie rostlin. 9. Fotosyntéza část 1. Primární fáze fotosyntézy. Alena Dostálová, Ph.D. Pedagogická fakulta ZČU, letní semestr 2013/2014

FOTOSYNTÉZA. Mgr. Alena Výborná Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_01_1_07_BI1

4 Přenos energie ve FS

FOTOSYNTÉZA I. Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74. Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

Autor: Katka Téma: fyziologie (fotosyntéza) Ročník: 1.

MB130P68 Globální změny a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013. Lubomír Nátr. Lubomír Nátr

Dýchací řetězec. Viz též přednášky prof. Kodíčka (snímky a blány v levém sloupci)

Každá molekula kyslíku kterou právě dýcháme vznikla někdy v nějaké rostlině. Každý atom uhlíku našeho těla byl kdysi včleněn fotosyntézou do nějaké

Energie fotonů je předávána molekulám chlorofylu A, který se zachyceným fotonem excituje (uvolní se energeticky bohatý elektron).

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

Charakteristika složky 3) cytochrom-c NADH-Q-reduktasa cytochrom-c- oxidasa ubichinon cytochromreduktasa

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

Energetický metabolismus rostlin

Biosyntéza sacharidů 1

FOTOSYNTÉZA. CO 2 a vody. - soubor chemických reakcí. - probíhá v rostlinách a sinicích. - zachycení a využití světelné energie

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Fotosyntéza světelná fáze. VY_32_INOVACE_Ch0214.

Otázka: Metabolismus. Předmět: Biologie. Přidal(a): Furrow. - přeměna látek a energie

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

Měření množství dopadající energie světla. Fotoinhibice, fotopoškození a fotoprotekční mechanismy. (osvětlenost ln.m -2 = lux) Ozářenost W.

7 Fluorescence chlorofylu in vivo

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

Metabolismus. Source:

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Fotosyntéza

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

Fluorescence chlorofylu

Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/Vis OBLASTI SPEKTRA

Dýchací řetězec (Respirace)

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

35.Fotosyntéza. AZ Smart Marie Poštová

METABOLISMUS SLOUČENINY S MAKROERGNÍMI VAZBAMI

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

- metabolismus soubor chemických reakcí probíhajících v živých organismech a mezi organismy a jejich životním prostředím

Katabolismus - jak budeme postupovat

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

Barevné principy absorpce a fluorescence

Přednáška 6: Respirace u rostlin

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 6, 2015/2016, Ivan Literák

Metabolické dráhy. František Škanta. Glykolýza. Repetitorium chemie X. 2011/2012. Glykolýza. Jaký je osud pyruátu bez přítomnosti kyslíku?

Energetický metabolizmus buňky

Název: Fotosyntéza, buněčné dýchání

AUTOTROFNÍ A HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN, VODNÍ REŽIM ROSTLIN, RŮST A POHYB ROSTLIN

Eva Benešová. Dýchací řetězec

LÁTKOVÝ A ENERGETICKÝ METABOLISMUS

B4, 2007/2008, I. Literák

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 8, 2017/2018, Ivan Literák

II. Rostlina a energie

Fluorescenční rezonanční přenos energie

Ukázky z pracovních listů z biochemie pro SŠ A ÚVOD

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech

Světlosběrné komplexy rostlin. Fotoinhibice, fotopoškození a fotoprotekční mechanismy. (+ světlosběrné komplexy) Rodina Lhc (light harvesting complex)

Metabolismus. - soubor všech chemických reakcí a příslušných fyzikálních procesů, které souvisejí s aktivními projevy života daného organismu

Fyziologie buňky. RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D.

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

METABOLISMUS SACHARIDŮ

ANOTACE vytvořených/inovovaných materiálů

SLEDOVÁNÍ VZTAHU MEZI OBSAHEM ENZYMU RUBISCO A KONCENTRACÍ CO 2 V CHLOROPLASTU

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Respirace - buněčné dýchání (katabolismus)

Cukry (Sacharidy) Sacharidy a jejich metabolismus. Co to je?

Fyziologie rostlin LS Fotosyntéza. Lukáš Fischer

Fyziologie rostlin - maturitní otázka z biologie (3)

Co vás dnes čeká: Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74. Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Konsultační hodina. základy biochemie pro 1. ročník. Přírodní látky Úvod do metabolismu Glykolysa Krebsův cyklus Dýchací řetězec Fotosynthesa

Enzymologie. Věda ležící na pomezí fyz. ch. a bioch. Zabývá se problematikou biokatalyzátorů.

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

Struktura bílkovin očima elektronové mikroskopie

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu

2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus. 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace

Otázka: Základní děje na buněčné úrovni. Předmět: Biologie. Přidal(a): Growler. - příjem látek buňkou

Transkript:

Energetický metabolismus rostlin Zdroje E: fotosyntéza respirace Variabilní využívání: - orgánové a pletivové rozdíly (kořen, prýt, pokožka, ) - změny při vývoji a diferenciaci - vliv dostupnosti vody, světla, živin, další vlivy (teplota, ) - denní, sezónní změny Nutnost komplexní regulace metabolismu - aktivity chloroplastů a mitochondrií a výstavby struktur - na úrovni celých rostlin i jednotlivých buněk

Fotosyntéza Zdroj ch. energie ATP, NADPH (elektronů s vysokým redoxním potenciálem) využito v rámci buňky! (+ teplo odpar - transport vody + rozpuštěných látek) Zdroj metabolitů cukrů (red. forem N a S) anabolismus, + zprostředkovaný přenos E do nefotosyn. buněk/ orgánů Respirace Zdroj ch. energie NADH, ATP (hetorot. pletiva, v noci), teplo Zdroj metabolitů pro anabolismus (u všech buněk) Regulace disipace nadbytečné energie, obnovování NAD + (dýchací řetězec) + OPPP (oxidativní pentózofosfátová dráha - zdroj NADPH a metabolitů) - oxidace a dekarboxylace bez spotřeby kyslíku)

Schéma základního (energetického) metabolismu rostlinné buňky Fotosyntéza Fotochemie Calvinův cyklus Respirace Glykolýza + β-oxidace Krebsův cyklus Dýchací řetězec Pentóza-fosfátový cyklus (OPPP) Transport asimilátů, tvorba škrobu

Fotosyntéza Dýchání Energie záření teplo chem. energie NAD(P)H +ATP CO 2 O 2 Organizovaná biomasa Redukce za spotřeby e - z NADPH CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3 oxidace poskytující e - na NAD + (FAD)

Spotřeba chem. energie v rostlině (získané ze světla či uvolněné respirací) (1) Růst tvorba biomasy 1) tvorba cukrů a dalších stavebních kamenů (př. aminokyselin) = asimilace (redukce) minerálních živin: CO 2, nitrátů, síranů - spotřeba E kryta majoritně přímo světelnými reakcemi fotos. 2) tvorba komplexních složek rostlinného těla proteinů, lipidů, polysacharidů, nukleových kys., ) - ztraceno ( prodýcháno ) cca 25 % produkce fotosyntézy (P G ) Další osud využitelnost?

Spotřeba chem. energie v rostlině (získané ze světla či uvolněné respirací) (2) Udržování struktur ( bazální metabolismus ) udržování živých struktur, komponent, gradientů, - spotřeba úměrná hmotnosti bílkovin (u bylin i sušiny) - denně bylina prodýchá cca 1 2 % hmotnosti své biomasy (3) Aktivní příjem minerálních živin - dusík čerpání zejména NO 3- / zásobení dusík fix. endosymbiontů - fosfor především zásobení endosymbiontů, exudáty.. (4) Transport asimilátů - vstup (+ opětovný vstup) a výstup asimilátů z floému obranné reakce, Využití tepla?

Změny alokace biomasy (DW) do jednotlivých orgánů během vegetace (př.obilí) klasy stébla zrna listy kořeny Jak se budou lišit dvou/víceleté rostliny? Larcher, 2001

Alokace biomasy (DW) do jednotlivých orgánů v závislosti na celkové biomase (TDM) listy Podíl na celkové sušině stonky kořeny Poorter et al. 2011

Alokace biomasy (DW) do jednotlivých orgánů v různých biomech listy Podíl na celkové sušině stonky kořeny Poorter et al. 2011

Fotosyntéza - základní přeměny E Elektromagnetické záření energie elektronu: pigment + foton excit. pigment * Energie elektronu chemická energie: elektrontransportnířetězec: sumárně: 2x voda + 8x foton + 4x ox. Fd kyslík + 4x red. Fd (+ stabilní přenašeče PQH 2, PC) energie gradientů: elektrontransportnířetězec (redox reakce): část energie elektronů H + gradient ( 12 H + / 8 fotonů) Energie gradientů chemická energie: H + gradient + ADP + Pi ATP (prostřednictvím mechanické energie ATPsyntázy)

Sluneční záření Ultrafialové (UV, < 400 nm) Fotosynteticky aktivní záření PAR, 400 až 700 nm (380-730nm) Infračervené (>700 nm) + kin. E molekul

Sluneční záření http://www.giss.nasa.gov

Energie světelného záření E = h. c / λ - energie 1 fotonu h: Planckova konstanta (6,626. 10-34 J s) c: rychlost světla ve vakuu (299800 km s -1 ) λ: vlnová délka E = 292 kj mol -1 A420 E = 176 kj mol -1 A680 E A = E. N - energie 1 kvanta fotonů N: Avogadrovo číslo (6,022. 10 23 mol -1 ) Nevyhnutelná disipace části E (116 kj /mol) Jak zakonzervovat energii fotonu?

Systémy konvertující světelnou energii Retinalové: bacteriorhodopsin, rhodopsin (Halobaktérium) H + transport konformační změnou (absorpcí fotonu) H + Reakční centra: transport e - z donoru na akceptor stabilizace energie e - : e - * e - (e - v základním stavu s vyšší E!) další transport e - spřažen s H + transportem (využití E) nh + e - e- e - e - e - * H + E: gradient H + + elektrony nh +

Fixovaná energie G 0 = - z.f. E 0 4 Fd (Fe 2+ ) + O 2 4 Fd (Fe 3+ ) + H 2 O ( G 0 = - 475 kj/mol) + přenos 12 H + 2,5 ATP ( G 0 = - 75 kj/mol) Efotonů = 8*176 = 1408 kj/mol Efotonů = 8*292 = 2336 kj/mol E A420 = 292 kj mol -1 E A680 = 176 kj mol -1 účinnost = 550/1408 = 40 % = 550/2336 = 24 %

Přeměny energie na fotosystémech stabilizace separovaného náboje pokles energie, fyzické oddálení - ztráty energie E pro H + grad. Cyt.b6f komplexem G 0 : 4Fd= 475 kj/mol; 2,5 ATP= 75 kj/mol Necyklický přenos elektronů z vody na Fd (NADP + ) ke štěpení vody je potřeba silné oxidační činidlo = P680 + - Mn 4 O x Ca k redukci NADP + silné redukční činidlo = P700* - red. ferredoxin

Fotosyntetická barviva - základní pigment (bakterio)chlorofyl a uvolnění e - - doplňkové pigmenty chlorofyl b, karotenoidy Chlorofyly a+b Karotenoidy Fykobiliny Funkce: - strukturní - regulační - ochranná schopnost přeměny absorbovaného záření na teplo = disipace (řízeno proteiny)

Absorpční spektra fotosyntetických barviv = účinnost pohlcování fotonů dané vlnové délky - absorbce výrazně závisí na prostředí (okolí pigmentu) - protein-pigmentové komplexy! - chlorofyl b hlavně kolem PSII (LHCII) LHCII

Fotosyntetická barviva - v tylakoidní membráně vázaná v proteinech! - bílkovinné prostředí (vzájemná pozice) významně ovlivňuje vlastnosti (absorpci fotonu, přenos energie mezi pigmenty, disipaci) Složené absorpční spektrum v červené oblasti v podjednotce LHCII (light harvesting complex) chlorofyl b = modře, chlorofyl a = červeně

Osudy energie fotonu po absorpci molekulou pigmentu - přenos energie (FRET) na sousední pigment - uvolnění energie ve formě tepla (15 20 %) - reakce s kyslíkem (vznik reaktivních forem kyslíku - ROS) - vyzáření energie ve formě fluorescence (3 5 %) červená fluorescence chloroplastů v mezofylových buňkách po ozáření UV zářením - uvolnění elektronu (uvolnění náboje): pouze primární donor chl a (pár u PSI) v RC = začátek FOTOCHEMIE (transformace E) Čím je dáno, který z procesů nastane?

Fluorescence chlorofylu: - elektron v pigmentu delší dobu v excitovaném stavu - vyšší výtěžek fluorescence = nižší účinnost fotochemie (měření parametrů fotosyntézy) viz dále zhášení fluorescence chlorofylu (listu ze tmy): fotochemické nefotochemické je-li odběr ATP a NADPH přeměna na teplo (zahřívání, odpařování vody)

Přechod excitovaného chlorofylu do tripletového stavu = obrácení spinu (spotřeba energie) a nemožnost se rychle vrátit do základního stavu (nutné opačné spiny elektronů ve stejném orbitalu) - fosforescence nebo přenos energie na kyslík! Stav: S=0 - Stavy: S=1 + HOMO = highest occupied molecular orbital LUMO = lowest unoccupied molecular orbital SOMO = singly occupied molecular orbital

Přenos excitační energie na kyslík (z excitovaného tripletového chlorofylu) přechod 3 O 2 do singletového stavu 1 O 2 = ROS 3 Chl Fd, Fx, P(U)Q -

odbočka: Ochrana proti ROS AA ascorbate MDHA monodehydroascorbate GSH glutathion (Glu, Cys, Gly) Rostlinné SOD: Mn-SOD mitochondrie, peroxisomy Fe-SOD chloroplasty, peroxisomy CuZn-SOD - cytosol, chloroplasty, peroxisomy, apoplast Superoxide dismutase (SOD) Ascorbate peroxidase (APX) Monodehydroascorbate reductase (MDHAR) Dehydroascorbate reductase (DHAR) Glutathione reductase (GR) Glutathione peroxidase (GPX) Glutathione S-transferase (GST) Catalase (CAT)

Spektrum a intenzita záření ze slunce Wienův zákon posuvu: Λ max = b / T b: Wienova konst. 2,89. 10-3 m.k T: teplota v kelvinech Vlnová délka maxima vyzařování je nepřímo úměrná teplotě tělesa. Stefanův-Boltzmannův zákon: J = σ. T 4 σ: Stefan-Boltzmannova konst. 5,670. 10-8 W m -2 K -4 T: teplota v kelvinech Intenzita vyzařování abs. černého tělesa roste se čtvrtou mocninou jeho teploty.

Energetika Země