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

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

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

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

1- Úvod do fotosyntézy

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

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

Světelné reakce fotosyntézy. - fixace energie záření

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

6 Přenos elektronů a protonů

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

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Eva Benešová. Dýchací řetězec

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

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

B4, 2007/2008, I. Literák

Energetický metabolismus rostlin. respirace

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

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

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

Energetický metabolismus rostlin

7 Fluorescence chlorofylu in vivo

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

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

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).

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

Fluorescence chlorofylu

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

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

Fotosyntéza. Dýchání a fotosyntéza, struktura a funkce antén a reakčních center, energetika transportu elektronů a protonů.

METABOLISMUS SACHARIDŮ

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

Biosyntéza sacharidů 1

Energetický metabolismus rostlin

9. Dýchací řetězec a oxidativní fosforylace. mitochondriální syntéza ATP a fotosyntéza

35.Fotosyntéza. AZ Smart Marie Poštová

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

EKOTECH Fluorescence chlorofylu in vivo 1

Struktura bílkovin očima elektronové mikroskopie

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

Fotofyzikální děje během fotosyntetické přeměny zářivé energie na biochemicky využitelnou formu

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

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

2. ČÁST - METABOLICKÉ PROCESY

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

Přednáška 6: Respirace u rostlin

Katabolismus - jak budeme postupovat

Fyziologie rostlin LS Fotosyntéza. Lukáš Fischer

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

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

2. ČÁST - METABOLICKÉ PROCESY

Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, mitochondriální transportní systémy

Dýchací řetězec (Respirace)

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

RYCHLÁ KINETIKA FLUORESCENČNÍ INDUKCE

B METABOLICKÉ PROCESY

sekundy Femtosekundová spektroskopie, aneb

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

Název: Fotosyntéza. Autor: Mgr. Jiří Vozka, Ph.D. Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

FOTOSYNTÉZA V DYNAMICKÝCH

Dýchací řetězec (DŘ)

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

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

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

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

VLIV SPEKTRÁLNÍHO SLOŽENÍ FOTOSYNTETICKY AKTIVNÍ RADIACE NA INDUKCI FOTOSYNTÉZY TERMOOPTICKÝ JEV

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

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

LÁTKOVÝ A ENERGETICKÝ METABOLISMUS

KBF/FOSY Fotosyntéza a stres LRR/FOSY Fotosyntéza

Fluorescence, fotosyntéza a stress: jak to spolu souvisí?

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

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

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

REGULACE TRANSLACE DEGRADACE BÍLKOVIN. 4. Degradace bílkovin. 4. Degradace bílkovin. 4. Degradace bílkovin

Fotosyntéza Ekofyziologie. Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR Laboratoř fotosyntézy v Třeboni

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Transport elektronů a oxidativní fosforylace

4. Eukarya. - plastidy, mitochondrie, cytoskelet, vakuola

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

Energetické zajištění života buněk mitochondrie a plastidy

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Chemická kinetika. Chemické změny probíhající na úrovni atomárně molekulové nazýváme reakční mechanismus.

Ukázky z pracovních listů z biochemie pro SŠ A ÚVOD

FYZIOLOGIE ROSTLIN. Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.:

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

Teoretický úvod: ROSTLINNÁ BARVIVA PLASTIDOVÁ VAKUOLÁRNÍ. Praktikum fyziologie rostlin

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

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

Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Transkript:

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

proteinové komplexy thylakoidní membrány - jsou kódovány jak plastidovými tak jadernými geny

1905

Fotosyntéza komplexní biologický proces sluneční energie je využita k syntéze organických látek s vyšším obsahem energie než mají substráty

Fotosyntéza DVĚ FÁZE: primární fáze (synonyma: světelná, fotochemická) vzniká: ATP redukovaný ferredoxin, NADPH (tzv. redukované ekvivalenty) štěpí se voda a uvolňuje se O 2 sekundární (synonyma: syntetická, temnostní) využití produktů primární fáze asimilace CO 2 sacharidy!!! NO - 2 aminokyseliny SO 2-4 aminokyseliny syntéza mastných kyselin

primární fáze fotosyntézy probíhá v membráně thylakoidu na strukturách fotosyntetického aparátu (pigment-) proteinové komplexy FIXOVANÉ v membráně Fotosystémy PSI a PSII = pigment-proteinové komplexy tvořené světlosběrnou anténou + jádrem fotosystému s reakčním centrem Komplex vyvíjející kyslík (Oxygen Evolving Complex) přidružený k PSII Cytochromový komplex b 6 f ATPsyntáza MOBILNÍ molekuly přenašeči elektronů plastochinon, plastocyanin - PC, ferredoxin

primární fáze fotosyntézy elektron-transportní řetězec na thylakoidní membráně Nelson and Ben-Shem, NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY, VOLUME 5 DECEMBER 2004

primární fáze fotosyntézy elektron-transportní řetězec na thylakoidní membráně Taiz and Zeiger, 2002

Fotosystém II CP47 D2 D1 CP34 PSII - dimer osově souměrná struktura důležití hráči při přenosu specifický pár molekul chlorofylu feofytin chinon A (Q A ), chinon B (Q B ) OEC - manganový klastr Nelson and Ben-Shem, 2004

plastochinon - mobilní přenašeč elektronů a protonů - malá hydrofobní molekula difuze membránou oxidovaná forma - plastochinon Dvou elektronový / protonový přenašeč plastochinon semichinon H Plastohydrochinon H2

Pool plastochinonu v membráně výrazně stechiometricky převyšuje množství membránových komplexů (jinak by byla rychlost pohybu plastochinonu limitujícím krokem!)

Cytochromový komplex b6f dimer osově souměrná struktura

cytochromy přenašeče elektronů protein cytochrom c cytochrom b hem s proteinem asociován nekovalentně hem s proteinem asociován kovalentně přes thioeterovou vazbu

Cytochromový komplex b 6 f důležití hráči při přenosu cytochrom b6 Rieskeho protein Fe-S cytochrom f

Struktura FeS slouží přenosu elektronů A aminokyselinové zbytky

primární fáze fotosyntézy elektron-transportní řetězec na thylakoidní membráně Taiz and Zeiger, 2002 mobilní elektronový přenašeč PLASTOCYANIN - malý hydrofilní protein, 2 atomy Cu - přenáší 1 elektron - oxidovaný PC vazba na cytochromový komplex - redukovaný PC vazba na PSI

Fotosystém I heterodimer (pohled ze stromatální strany membrány) specifický pár chlorofylů a P700

Fotosystém I

Fotosystém I Ferredoxin malý protein (100 AMK) s Fe-S centrem (1 nebo 2) Fe-S centra fylochinony (vitamin K1) specifický pár chlorofylů a P700 další molekuly chlorofylu

schéma jáder fotosystémů II a I Pavlová, 2005, kapitola 3

chloroplastová ATPsyntáza CF1 α 3 β 3 γδε α a β zajišťují katalýzu fosforylace ADP CF 0 I, II, III 12, IV tvoří kanál pro průchod H+ membránou

přenos elektronů světlo PS II, cytochrom b6f, PS I, ATP syntáza Přenos elektronů po elektrontransportním řetězci thylakoidní membrány Vznik protonového gradientu (lumen x stroma) Redukce NADPH Využití protnmotorické síly k syntéze ATP

Přenos elektronů po elektrontransportním řetězci thylakoidní membrány NECYKLICKÝ PŘENOS ELEKTRONŮ od absorpce fotonu na PSII...ke vzniku redukovaného NADPH + H +

fotosyntetický aparát strukturní komplexy a přenašeče stroma PSII fotosystém II CK cytochromový komplex b 6 f PSI fotosystém I Fd ATP syntáza CF 1 Q A Q B feofytin jádro P680 RCII OEC LHCII H 2 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f PC 4Fe-4S A 1 jádro A 0 P700 RCI LHCI CF 0 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů PSII absorpce fotonu a přenos energie na P680 chlorofyl a + hν chlorofyl a (excitace) stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

necyklický přenos elektronů PSII přenos elektronu na feofytin chlorofyl a* + feofytin chlorofyl a + + feofytin - (fotochemická reakce) stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

necyklický přenos elektronů PSII přenos elektronu na chinon Q B oxidačně redukční reakce stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

necyklický přenos elektronů PSII absorpce dalšího fotonu a přenos energie na P680 stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd e Q A Q - B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

necyklický přenos elektronů PSII vznik plně redukovaného plastochinonu 2 elektrony (z chlorofylu a) a 2 protony (ze stromatu) stroma PSII CK PSI ATP syntáza H + H + Fd Q A Q B 2 feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

necyklický přenos elektronů PSII uvolnění redukovaného plastochinonu a vazba oxidovaného plastochinonu na PSII stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A feofytin P680 + Tyr 161 H 2 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen?!?! Co se dvěma elektrony, když je potřeba jen jeden?!?

Q-cyklus chinonový cyklus na cytochromovém komplexu b6f zvyšuje množství protonů transportovaných ze stromatu do lumen tylakoidu při přenosu jednoho páru elektronů stroma celkem do lumen přejdou 4 protony! Lumen

necyklický přenos elektronů PSII uvolnění redukovaného plastochinonu a vazba oxidovaného plastochinonu na PSII stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A feofytin P680 + Tyr 161 H 2 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen?!?! Co se dvěma elektrony, když je potřeba jen jeden?!?

necyklický přenos elektronů cytochromový komplex, přenos elektronů a uvolnění protonů do lumenu stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC H + H + PC lumen

necyklický přenos elektronů CK vazba jednoho elektronu na cyt b 6 přenos druhého elektronu přes cytochrom f na plastocyanin (PC); absorpce fotonu na PSI stroma PSII CK PSI Fd ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 OEC 4Mn Q N H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f PC 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů PSI transport elektronu jádrem PSI stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 OEC 4Mn Q N H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f PC 4Fe-4S A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů PSI transport elektronu na ferredoxin a doplnění elektronu do RCI z plastocyaninu stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 OEC 4Mn Q N H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f PC Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů PSII absorpce dalších 2 fotonů a přenos elektronů na plastochinon (vznik plně redukovaného plastochinonu) stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B cyt b Q 6 (h) 2 N feofytin P680 + Tyr 161 OEC 4Mn H + H + Q P H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S cyt f PC Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů uvolnění H 2 z PSII a vazba na CK stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A feofytin P680 + Tyr 161 H 2 OEC 4Mn Q N H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f PC 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů oxidace H 2 na CK, transport elektronů v CK a uvolnění protonů do lumenu stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 OEC 4Mn Q N H + H + cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P H +H+ cyt b 6 (h) cyt f PC Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů vznik H 2 na CK; redukovaný plastocyanin stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 OEC 4Mn H + H + 2 cyt b 6 (h) Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P H + H + H + H + cyt f PC Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen

necyklický přenos elektronů uvolnění H 2 z Q N a vazba na Q P stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 H 2 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC H + H + H + H+ PC lumen

necyklický přenos elektronů transport elektronů v CK, uvolnění protonů do lumenu; absorpce fotonu na PSI a transport energie na P700 (RCI) stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen OEC H + H + H + H +H+ H + PC

necyklický přenos elektronů PSI transport elektronu na ferredoxin a doplnění elektronu do RCI z plastocyaninu stroma PSII CK PSI ATP syntáza lumen Q A Q B feofytin P680 OEC Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P H + H + H + cyt b 6 (h) 2Fe-2S H +H+ H + cyt f PC Fd 4Fe-4S A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu

necyklický přenos elektronů PSI transport elektronu na ferredoxin stroma PSII CK PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f Fd 2 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen OEC H + H + H + H + H + H + PC

necyklický přenos elektronů vznik NADPH; transport elektronů z Fd na NADP katalyzuje enzym ferredoxinoxidoreduktáza stroma PSII CK H + NADP + PSI 2 Fd NADPH ATP syntáza Q A Q B feofytin P680 + Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen OEC H + H + H + H + H + H + PC

NADPH nikotinamid adenin dinukleotid fosfát adenin nikotinamid P ribóza ribóza redukovaná forma 2 H + oxidovaná forma silné redukční činidlo v sekundární fázi fotosyntézy zprostředkuje uložení energie do relativně stálých chemických vazeb sacharidů a mastných kyselin vzniká pouze při necyklickém přenosu elektronu

Redukce NADP + Ferredoxin-NADP reduktáza enzym obsahující FAD redukce na FADH 2 potom teprve redukce samotného NADP + Ferredoxin malý protein (100 AMK) s Fe-S centrem (1 nebo 2) http://www.chem.ox.ac.uk/icl/faagroup/ferredoxins.html

necyklický přenos elektronů celkový přehled stroma PSII H + H + H + H + schéma - stechiometrické poměry nejsou respektovány!! CK PSI H NADP + + 2 Fd NADPH ATP syntáza Q A 2 Q B feofytin P680 + Tyr 161 H 2 H 2 Q N Q cyklus cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu lumen OEC H + H + H + H + H + H + PC

rozklad vody na OEC Postupná oxidace manganového klastru spřažení jednoelektronové separace náboje na chlorofylu a čtyřelektronové oxidace vody Ferreira et al. 2004, SCIENCE VOL 303

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca 2+, Cl - S 0 S 4 S 1 S 3 S 2

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca2+, Cl- O 2 + 2H + S 0 2H 2 O 4 2H + S 4 S 1 S 3 S 2

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca 2+, Cl - S 0 O 2 4 P680 + P680 hν 2H + 3 H + S 4 H + S 1 S 3 S 2

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca2+, Cl- O 2 S 0 S 4 3 H + S 1 S 3 2 S 2 H + P680 + P680 hν

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca 2+, Cl - O 2 S 0 S 4 S 1 1 2 S 3 P680 P680 + hν S 2

rozklad vody na OEC O 2 strukturní proteiny 4 Mn Ca 2+, Cl - S 0 S 4 S 1 P680 hν P680 + 1 S 3 S 2

rozklad vody na OEC strukturní proteiny 4 Mn Ca2+, Cl- O 2 + 2H + S 0 2H 2 O 4 2H + 3 P680 + P680 H + hν S 4 H + S 1 hν P680 P680 + S 3 1 2 P680 P680 + S 2 H + P680 + P680 hν hν

Oxygen release pattern and Kok S state model for photosynthetic oxygen evolution. Bricker T M PNAS 2006;103:7205-7206 2006 by National Academy of Sciences

necyklický přenos elektronů + rozklad vody vznik pmf stroma PSII O 2 ph 8 H + H + H + H + schéma - stechiometrické poměry nejsou respektovány!! CK H + NADP + PSI 2 Fd NADPH ATP syntáza lumen Q A Q B feofytin OEC P680 2H 2 O Tyr 161 H 2 4Mn 2 H + H + H + H + H 2 Q N H + H + cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S H +H+ ph 5 H+ H + cyt f PC 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu

thylakoid granální thylakoidy stroma granum lumen thylakoidu stroma stromatální thylakoid lumen thylakoidu stěsnaný thylakoid nestěsnaný lipidová dvouvrstva membrány thylakoidu je nepropustná pro protony!!

při přenosu elektronu plastochinonem a při rozkladu vody se v lumenu zvyšuje koncentrace H + rozdíl koncentrace H + změna ph ph rozdíl náboje Ψ na membráně thylakoidu vzniká protonmotorická síla µ H+ µ H+ = ph + Ψ užije se k syntéze ATP Snaha po vyrovnání rozdílu koncentrací H+ a rozdílu ph působí potenciální protonmotorickou sílu, pmf

chemiosmotická teorie P. Mitchell Nobelova cena za chemii 1978) - syntéza ATP na izolovaných membránách thylakoidů podle experimentů Jagendorf a kol., převzato z Taiz and Zeiger 2002

schéma - stechiometrické poměry nejsou respektovány!! necyklický přenos elektronů rozklad vody stroma O 2 PSII CK H + H + H + H + H + NADP + PSI 2 Fd NADPH ATP syntáza ADP ATP + Pi lumen Q A P680 Q B feofytin OEC 2H 2 O 2 Tyr 161 H 2 4Mn H + H + H + H + H 2 Q N H + H + cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S H + H + H + H + cyt f PC 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu

ATPsyntáza v chloroplastu Pi + ADP ATP CF 1 stroma H + CF 0 lumen H + CF 0 I, II, III 12, IV CF1 α 3 β 3 γδε

konformační změny podjednotky CF 1 při syntéze ATP O open; uvolňuje se ATP a vážou se substráty ADP a Pi L loose; substráty jsou volně vázány T tight; vzniká ATP Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants. - Am. Soc. Plant Physiol., Rockville, Maryland 2001.

ATP adenin P P P ribóza hydrolýza ATP ADP poskytne 30,5 kj.mol -1 ATP AMP 35,9 kj.mol -1 záření modrá červená vlnová délka (nm) 425 490 640 740 energie (kj/mol) 261 176

Přenos elektronů po elektrontransportním řetězci thylakoidní membrány CYKLICKÝ PŘENOS ELEKTRONŮ vznik protonového gradientu na membráně...od absorpce fotonu PSI, přes redukovaný ferredoxin...k opětovné redukci reakčního centra PSI

cyklický přenos elektronů PSI, absorpce fotonu stroma PSII CK PSI ATP syntáza e- Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC PC lumen

cyklický přenos elektronů PSI přenos elektronu na Fd stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) 4Fe-4S cyt f A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu OEC PC lumen

cyklický přenos elektronů PSI přenos na CK stroma PSII CK Fd red PSI ATP syntáza Q A Q B feofytin - P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu OEC PC lumen

cyklický přenos elektronů vznik H 2 na CK stroma PSII CK PSI ATP syntáza H + H + Fd ox Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 H 2 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu OEC PC lumen

cyklický přenos elektronů přenos na PC stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd ox Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 + membrána thylakoidu OEC H + H + PC lumen

cyklický přenos elektronů - PC - přenos na P700 + stroma PSII CK PSI ATP syntáza Fd ox Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 Q N cyt b 6 (l) 2Fe-2S Q P cyt b 6 (h) cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC H + H + PC lumen

schéma - stechiometrické poměry nejsou respektovány!! cyklický přenos elektronů celkový transport; vznik pmf stroma PSI PSII CK ATP syntáza H + H + Fd Q A Q B feofytin P680 Tyr 161 H 2 Q N cyt b 6 (l) Q P cyt b 6 (h) 2Fe-2S cyt f 4Fe-4S A 1 A 0 P700 membrána thylakoidu OEC H + H + PC lumen

Z schéma fotosyntézy

Z schéma fotosyntézy D.A. Walker, Trends in Plant Science, April 2002, Pages 183-185

Regulace rozdělování energie mezi PS 1 a PS 2 Laterální heterogenita membrány thylakoidů lokalizace struktur fotosyntetického aparátu na membráně thylakoidu

Regulace rozdělování energie mezi PS 1 a PS 2 možnost přemístění periferních antén LHCII k PSI možnost přemístění periferních antén LHCII k PSI záleží na stupni redukce poolu plastochinonu -při vysokém stupni redukce specifická kináza fosforyluje LHCII - negativní náboj molekuly migrace do méně hydrofobní části thylakoidu (mimo grana)

FOTOINHIBICE při vysoké ozářenosti možnost poškození struktur fotosyntetického aparátu Obranné a regulační mechanismy 1) disipace energie teplem (karotenoidy) 2) likvidace reaktivních forem kyslíku karotenoidy, superoxid dismutasa, askorbát 3) oprava či de-novo syntéza D1 proteinu (Normální životnost proteinu D1 je asi 30 min)

Vztah rychlosti čisté fotosyntézy a ozářenosti Převzato z Pavlová, 2005

Karotenoidy - Xanthofylový cyklus ochrana před fotopoškozením ozářenost epoxidace NADPH NADPH askorbát askorbát deepoxidace http://www.nature.com/embor/journal/v6/n7/fig_tab/7400460_f2.html - efektivnější pro disipaci energie teplem než zbylé dva Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74 Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

Taiz and Zeiger 2002 Denní dynamika pigmentů xanthofylového cyklu u slunečnice

Využití fluorescence chlorofylu k měření účinnosti fotosyntézy

Fluorescence 1 z možností deexcitace chlorofylu přenos energie na jinou molekulu uvolnění elektronu reakce s O 2 disipace teplem Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74 Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

Fluorescence chlorofylu...za optimálních podmínek: 80 % absorbované světelné energie použito pro fotochemii (= separace elektronu využití energie na syntézu ATP a redukci NADP+) 15 % vyzářeno v podobě tepla 3 5 % re-emitováno v podobě fluorescence (pokud je elektron delší dobu v excitovaném stavu!) Využívá se k měření účinnosti fotosyntézy či detekci raných fází stresu (vyšší výtěžek fluorescence = nižší účinnost fotosyntézy)

Fluorescence chlorofylu je dynamický jev, její intenzita se v průběhu času mění Tyto změny poprvé pozoroval v 30. letech H. Kautsky, podle nějž byly změny kvantového výtěžku fluorescence v čase pojmenovány jako Kautského efekt.

Rychlá fáze fluorescenční indukce využití při detekci stresu Teplotní šok - narušení přenosu elektronů z RC na další přenašeče...více a hlavně interaktivně na praktikách!!!!) prezntace: Srivastava 1997