FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

Podobné dokumenty
FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

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

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

Biosyntéza sacharidů 1

METABOLISMUS SACHARIDŮ

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

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

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

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

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

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

1- Úvod do fotosyntézy

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

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

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

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

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

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

Digitální učební materiál

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

Energetický metabolizmus buňky

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

METABOLISMUS SLOUČENINY S MAKROERGNÍMI VAZBAMI

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

Buňka. Buňka (cellula) základní stavební a funkční jednotka organismů, schopná samostatné existence. Cytologie nauka o buňkách

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

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

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

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

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

Dýchací řetězec (Respirace)

35.Fotosyntéza. AZ Smart Marie Poštová

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

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

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

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

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

Číslo a název projektu Číslo a název šablony

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

Metabolismus. Source:

Název: Fotosyntéza, buněčné dýchání

Fluorescence (luminiscence)

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

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

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

Fyziologie rostlin - maturitní otázka z biologie (3)

Buňka. Autor: Mgr. Jitka Mašková Datum: Gymnázium, Třeboň, Na Sadech 308

Radiobiologický účinek záření. Helena Uhrová

Buňka buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů

Ekologie fotosyntézy

Buňka. Kristýna Obhlídalová 7.A

Vybrané spektroskopické metody

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

Anotace: Materiál je určen k výuce přírodopisu v 6. ročníku ZŠ. Seznamuje žáky se základní stavbou rostlinné a živočišné buňky.

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

4 Přenos energie ve FS

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

PROKARYOTICKÁ BUŇKA - příručka pro učitele

ÚVOD DO STUDIA BUŇKY příručka pro učitele

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

Metabolismus příručka pro učitele

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

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

>>> E A1 + E A2. . aktivační energie potřebná k reakci bez přítomnosti katalyzátoru E A E A1. energie potřebná ke vzniku enzym-substrátového komplexu

Ekologie a její obory, vztahy mezi organismy a prostředím

DUM VY_52_INOVACE_12CH33

Energetika a metabolismus buňky

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

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

Základy buněčné biologie

Energetický metabolismus rostlin. respirace

Mendělejevova tabulka prvků

Metabolismus bílkovin. Václav Pelouch

Ukázky z pracovních listů z biochemie pro SŠ A ÚVOD

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

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

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

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

7 Fluorescence chlorofylu in vivo

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

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

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

Obecná charakteristika živých soustav

Transkript:

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY Základním zdrojem energie nutné pro život na Zemi je sluneční záření. Většina pochodů souvisí s přímým využitím zářivé energie pro metabolické pochody nebo pro orientaci organizmu v prostředí. Energie ze slunce periodicky ovlivňuje většinu živých organizmů (složka viditelná, IR, UV). Buňky obsahují řadu organických sloučenin, absorbujících viditelné záření. Jejich funkce nezávisí na příkonu zářivé energie. Excitace zářením by naopak mohla vést k změně reaktivity a tím i následkům nepříznivým pro organismus.takovými chromofory jsou některé koenzymy (dýchání, energetický metabolismus). Stejně negativně by působil tepelný rozptyl excitační energie (lokální přehřátí). Ve vyšších dávkách může mít škodlivé účinky viditelná a IR část spektra. Proto pigmentace, pohyb organizmu nebo jeho částí patří k ochranným mechanizmům. Většina fotobiologických reakcí souvisí s přímým využitím zářivé energie v rámci metabolismu nebo s orientací organismu v prostředí. Interakce záření s biologickým objektem začíná pohlcením biologicky aktivní složky záření. To vyvolá přechod absorbující složky biologického objektu (chromoforu) do energeticky bohatšího, méně stabilního excitovaného nebo ionizovaného stavu. Následující fyzikální a chemické pochody vedou ke vzniku labilního meziproduktu nebo stabilního fotoproduktu fotochemické reakce. Při vzniku labilních fotoproduktů následuje celá řada dalších reakcí nezávislých na dodání energie elektromagnetickým zářením. Fotochemické reakce jsou podřízeny dvěma základním fotochemickým zákonům: 1. Pouze pohlcené záření může vyvolat fotochemickou reakci. 2. Pohlcení kvanta nemusí vyvolat fotochemickou reakci. K vyvolání reakce však stačí i jedno pohlcené kvantum. Nejdůležitější typy fotochemických reakcí z chemického hlediska jsou: fotosyntéza zisk molekuly o vyšší molekulové hmotnosti fotopřesmyk prostorový přesmyk skupin fotodisociace a fotoredukce zvláštní případy fotosyntetického pochodu vznik aromatických ketonů nebo peroxidů disociace rozpad organických sloučenin na ionty nebo radikály Nejdůležitější skupinou fotobiologických reakcí jsou fotosyntetické reakce rostlin, řas a speciálních typů bakterií. Ale i metabolické reakce vedoucí k tvorbě karotenoidů, chlorofylů, antokyanů či vitaminu D potřebují zářivou energii, bez níž probíhají pomalu nebo dokonce vůbec ne. Energie je v těchto případech využita jako aktivační nebo pro indukci syntézy nezbytného enzymu. Fotorecepce (spojena s viděním) je reakcí spojenou s informací. I slabý podnět, vyvolaný fotochemickou reakcí, způsobí změnu, která je po zesílení přečtena nervovými centry. Pro požadovanou biologickou odpověď je energie dodána z jiných zdrojů. Informačními reakcemi jsou i pohyby organizmů, buněk a organel fototropismus. Jedná se o světlem indukovaný pohyb částí organizmů, zakotvených v prostředí (vyšší rostliny, houby, řasy). Fototaxe - světlem indukovaný pohyb nezakotvených biologických objektů vzhledem ke zdroji či gradientu ozáření. Uhrová H. - 1 -

Fotokineze jako fototaxe, ale neorientovaná. Světlo zrychluje nebo zpomaluje přirozené pohyby (někdy závisí na polarizaci) - anisotropní rozdělení chromoforů. Fotoperiodické pochody organizmus vystaven světlu a tmě v pravidelných intervalech. FOTOSYNTÉZA Z termodynamického hlediska je existence života na Zemi závislá na příjmu energie z okolí. Základním zdrojem energie je sluneční záření. Rostliny a některé mikroorganismy přeměňují světelnou energii na chemickou, z níž jsou kryty energetické potřeby buněk. Odpoledne 20.6. dopadá na 50. rovnoběžku asi 840 J/s.m 2 slunečního záření. 2% pohltí fotosyntetizující organismy, z toho využijí pro fotosyntézu jen asi 1 %. Fotosyntézu kyslíkového typu lze popsat rovnicí: 6CO + 6H O C H O + CO zvyšuje se G a H, klesá S systému hυ 2 2 6 12 6 2 2H O O elektronový přenos -4H 2 - -4e 2 Na vznik 6 molů O 2 stačí 3 hυ červeného světla o vlnové délce λ = 680 nm. Podle donoru vodíku (H 2 O, H 2 S, kyselina jablečná, H 2 ) rozeznáváme různé druhy fotosyntéz. Nejdůležitější je klasická fotosyntéza spojená s fotolýzou H 2 O 10 % připadá na suchozemské rostliny, na zelené mořské řasy 90 %. Ostatní donory H 2 fotosyntézy bakterií jejich energetický zisk je menší; na bilanci energie na Zemi a v biosféře mají malý vliv. Fotosyntéza je složena z velkého počtu dílčích dějů, vzájemně navazujících: a) pohlcení hυ a migrace excitační energie do fotosynteticky aktivního centra fyzikální proces b) transformace excitační energie do chemické volné energie stabilních fotochemických produktů ATP a NAD(P)H fotochemická část c) fixace a redukce CO 2 biochemická část d) biosyntéza cukrů + dalších látek růst, dělení buněk + fyziologické změny e) změny na úrovni rostlinných společenstev Přeměna energie je v biologických systémech vázána na lipoproteinové membrány.. Tylakoid trojrozměrný měchýřek vytvořený z membrán, v nižším fotosyntetizujícím organizmu volně rozptýlený v cytoplazmě. U vyšších rostlin jsou systematicky uspořádány ve zvláštních organelách chloroplastech. Jedna buňka zeleného listu obsahuje 20-100 chloroplastů. Chloroplast má obvykle diskovitý tvar (φ 5 10 nm, tloušťka 0,5 2 nm). V každém chloroplastu je 40 60 granul, jejichž stavební- Dvojitá lipoproteinová membrána chloroplastu Uhrová H. - 2 -

mi jednotkami jsou dvojné lipidicko-proteinové membrány, mezi nimiž jsou vrstvy chlorofylů a karotenoidů o tloušťce 0,5 0,6 μm. Na membrány tylakoidů jsou pevně vázány všechny molekuly pigmentů v chloroplastu. Veškeré radiační a fotochemické procesy fotosyntézy probíhají na těchto membránách. Stroma základní hmota, v níž jsou uloženy tylakoidy v chloroplastech řas a vyšších rostlin. Obsahuje všechny enzymy potřebné pro biochemickou část fotosyntézy. Tylakoidy obsahují bílkoviny a lipidy (hlavně fosfolipidy) vážící fotosyntetické pigmenty v podobě lipochromoproteinového komplexu. Hlavní pigmenty fotosyntézy zelené Nejdůležitější chlorofyl a (červená oblast) od chlorofylu b se liší počtem a rozložením dvojných vazeb a postranních vazeb na porfyrinovém jádře (1,5 x 1,5 x 0,4 nm, hydrofilní), fytylové zbytky (1,5 2 nm, hydrofobní) žluté Pro excitaci karotenoidů je třeba vyšší energie (400-500 nm modré světlo) červené a modré Fykobiliny otevřený řetězec 4 pyrolových jader absorbuje v žlutooranžové oblasti. Fáze fotosyntézy 1. (světlá) fáze pohlcení světla souborem sběrných pigmentů díky jejich barevnosti je absorbováno poměrně široké spektrum λ - molekuly excitují Zbavování se excitační energie fluorescencí, teplem, přenosem energie mezi pigmenty (z pomocných pigmentů na chlorofyly vysoká účinnost). Mezi pigmenty je energie předávána vždy tomu, které na nejnižší excitační energii chlorofyl a. Chlorofyly jsou v chloroplastu uspořádány do fotosyntetických jednotek (několik set molekul, vázaných na proteiny lamel). Přenos excitační energie je jednosměrný. Z chlorofylu a se uvolňuje ve fotochemických reakcích - 2 fáze U vyšších rostlin existují 2 různé fotosystémy 2 skupiny fotochemických reakcí. Podstata obou reakcí stejná přenos e - z excitované molekuly fotochemicky aktivního chlorofylu a na primární akceptor e - (oxidovaná forma chlorofylu a je bezbarvá) fotochemický produkt. Všechny další reakce jsou exergonické, probíhají spontánně i ve tmě a systém energii ztrácí. Konečnými stabilními produkty jsou ATP (produkt fotofosforylace) a NADPH (fotolýzou vody). Energie se využívá k fotolytickému rozkladu H 2 O. 1a fotofosforylace cyklická - zisk ATP Elektrony jsou přenášeny z excitovaných molekul chlorofylu a. Přenos elektronů je zobrazen na obrázku. cyklická fosforylace - všechny fotosyntetizující organizmy, včetně baktérií Uhrová H. - 3 -

Biofyzika Ústav fyziky a měřicí techniky, VŠCHT PRAHA Ib fotofosforylace necyklická - zisk ATP a NADPH +H+ Necyklická fosforylace u baktérií, které nevytvářejí O2 Necyklická fosforylace u rostlin spojená s fotolýzou vody Fotolýza H2O U rostlin je donorem H voda. Chlorofyl b odsává e z OH - za vzniku O2 + H2O - Fotolýza vody probíhá podle schématu H2O H+ + OH 2 OH - - 2e 2 [OH ] 2 [OH ] H2O + [O ] 2 [O ] O2 Současně s necyklickou fosforylací spojenou s fotolýzou vody probíhá i cyklická fosforylace a regulací obou typů fotofosforylace udržují vyšší rostliny žádaný poměr ATP : NADPH v poměru 3:2. Propojení pochodů cyklické a necyklické fosforylace 2. (tmavá) fáze - fixace a redukce CO2 Fixace a redukce CO2 do vyčerpání zásob energie v podobě ATP a NADPH, vytvořených ve světlé fázi - může probíhat ve tmě v Calvinově cyklu. Na jednu jeho otáčku se spotřebuje 9 molekul ATP a 6 molekul NADPH+H+ a získá se1 molekula trisofosfátu pro glukogenezi. Uhrová H. -4-

Uhrová H. - 5 -