KBF/FOSY Fotosyntéza a stres LRR/FOSY Fotosyntéza



Podobné dokumenty
1- Úvod do fotosyntézy

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

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

KBF/FOSY Fotosyntéza a stres LRR/FOSY Fotosyntéza

7 Fluorescence chlorofylu in vivo

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

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

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

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

4 Přenos energie ve FS

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

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

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

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

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

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

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

sekundy Femtosekundová spektroskopie, aneb

Biosyntéza sacharidů 1

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

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

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

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

Fluorescence chlorofylu

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

Fotofyzikální děje během fotosyntetické přeměny zářivé energie na biochemicky využitelnou formu

Vylepšování fotosyntézy

EKOTECH Fluorescence chlorofylu in vivo 1

Struktura bílkovin očima elektronové mikroskopie

Fotosyntéza ve dne Ch_054_Přírodní látky_fotosyntéza ve dne Autor: Ing. Mariana Mrázková

FYZIKA VE FYZIOLOGII ROSTLIN

B4, 2007/2008, I. Literák

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

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

Martina Bábíčková, Ph.D

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

6. Mikroelementy a benefiční prvky. 7. Toxické prvky Al a těžké kovy, mechanismy účinku, obranné mechanismy rostlin

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

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

6 Přenos elektronů a protonů

METABOLISMUS SACHARIDŮ

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

VLIV SPEKTRÁLNÍHO SLOŽENÍ FOTOSYNTETICKY AKTIVNÍ RADIACE NA INDUKCI FOTOSYNTÉZY TERMOOPTICKÝ JEV

Ekosystém. tok energie toky prvků biogeochemické cykly

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

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

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Využití fluorescence sinic a řas při hodnocení kvality vod. RNDr. Štěpán Zezulka, PhD.

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

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

Ekologie fotosyntézy

Zdroje. Záření Voda CO 2 O 2 Živiny Potrava

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

FOTOSYNTÉZA V DYNAMICKÝCH

Dýchací řetězec (Respirace)

Energetický metabolismus rostlin. respirace

Umělá fotosyntéza. Michael Hagelberg. Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie

Eva Benešová. Dýchací řetězec

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

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

Měření fluorescence chlorofylu hedery helix

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

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností. průduchů. Stomatální limitace rychlosti transpirace a rychlosti. Efektivita využití vody

Fotosyntézu lze schematicky vyjádřit: hv CO H 2 O (CH 2 O)+ O 2 + H 2 O. Rozčlenění pochodů v chloroplastu na membránové a enzymové:

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

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

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

Energetický metabolizmus buňky

RYCHLÁ KINETIKA FLUORESCENČNÍ INDUKCE

05 Biogeochemické cykly

Koloběh látek v přírodě - koloběh dusíku

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

12. Zhášení fluorescence

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

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností průduchů. fotosyntézy Efektivita využití vody Globální změna klimatu Antitranspiranty

Modulace fotosyntézy, zvyšování produktivity genetickými modifikacemi, biotechnologie, umělá fotosyntéza,

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Fotosyntéza Úžasná sluneční elektrárna

EXTRAKCE, CHROMATOGRAFICKÉ DĚLENÍ (C18, TLC) A STANOVENÍ LISTOVÝCH BARVIV

ON-LINE KVANTIFIKACE SINIC V SUROVÉ VODĚ

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Číslo materiálu: VY 32 INOVACE 18/08

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

CZ.1.07/1.5.00/

Závěrečná zpráva projektu specifického výzkumu zakázka č. 2109/2013. Název projektu: Vliv fyziologicky aktivních látek na rostliny

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

sladká symfonie cukrů

Abiotický stres - sucho

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

Světelné reakce fotosyntézy. - fixace energie záření

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Fluorescence, fotosyntéza a stress: jak to spolu souvisí?

Transkript:

KBF/FOSY Fotosyntéza a stres LRR/FOSY Fotosyntéza Prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D. RNDr. Martina Špundová, Ph.D. KBF a CRH, PřF UP FS biol. proces uchovávající en. slunce život na Zemi - závislý na energii ze Slunce fotosyntéza (FS) - jediný biologický proces, který sbírá tuto sbírá energii a uchovává (biomasa) většina zdrojů energie na Zemi z biomasy, která má původ ve FS (jídlo, fosilní paliva uhlí, ropa) vytvoření O 2 atmosféry změna podmínek na Zemi (klimatické změny) změna fotosyntetických procesů zájem o pochopení fotosyntetických procesů (zemědělci technologové) foto-syntéza (organická syntéza za pomoci světla) Fotosyntéza proces, při kterém živé organismy (baktérie, sinice, řasy, nižší a vyšší rostliny) přeměňují světelnou energii na chemickou energii organických molekul anorganické látky (H 2 O, CO 2, ) + hν organické látky (cukry, ) 1

Fotosyntéza obecné schéma Světelná fáze Temnotní fáze fotochemické reakce ATP, NADPH biochemické reakce H 2 O O 2, H + CO 2 (CH 2 O) Fotosyntéza: CO 2 + 2H 2 O (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Respirace: CO 2 + 2H 2 O (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Thylakoidní membrána - funkční schéma světelné reakce FS - thylakoidní membrána, temnotní reakce FS - stroma hν hν 2

Proč studovat fotosyntézu? Porozumění fotosyntetickým procesům Řízení FS procesů Nové technologie Pochopení přírodních změn Nekulturní rostliny umělá fotosyntéza využijí 0,2 % abs. en. (štěpení molekul vody) kukuřice 1 2 % cukrovka 8 % šlechtění gen. manipulace ( C4 rice ) ovlivnění fotorespirace produkce biomasy - celulóza RC molekulární spínač: poč. technologie - přenos energie nebo elektronu kancerostatika na bázi porfyrinů zobrazování tumorů toky energie a látky v přírodě, možnosti regulace bilanční rovnice globální oteplování nárůst konc. CO 2 v atmosféře Umělá fotosyntéza - 1 Fotochemici hledají systémy, které by štěpili vodu pomocí sluneční energie vrstvy fotocitlivých komplexů kovů (ruthenium, metaloporfyriny) nízká účinnost (vysoká účinnost zpětných reakcí) profesor Daniel Nocera MIT, USA solární článek štěpící vodu na O 2 a H 2 (květen 2012) 3

Umělá fotosyntéza - 2 Nocera 2012 The artificial leaf. Accounts of Chemical Research 45, 767-776. Účinnost solárního článku až 7.7%, štěpení vody - cca 60%, celková účinnost cca 4.5 % Umělá fotosyntéza - 3 Nocera 2012 The artificial leaf. Accounts of Chemical Research 45, 767-776. Účinnost solárního článku až 7.7%, štěpení vody - cca 60%, celková účinnost cca 4.5 % 4

Umělá fotosyntéza - 4 Nocera 2012 The artificial leaf. Accounts of Chemical Research 45, 767-776. video Troposféra 1979-2009: až +1,5 C Děkuji za pozornost Změna průměrné roční teploty ( C/10 let) http://www.remss.com/msu/msu_data_description.html 5

Zvyšování koncentrace CO2 http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/co2_data_mlo.html Vliv člověka? - http://www.skepticalscience.com/docs/guide_skepticism_czech.pdf Fotosyntéza a živočichové - 1 kolonizace fotosyntetických org. korály (živočich žahavec v symbióze s řasou - obrněnkou), mořský plž (rod Phyllodesmium) řasy z korálů uvnitř těla v průhledných střevech (přežijí až 9 měsíců), i obratlovec - Axolotl skvrnitý (mexický mlok) imunitní systém vpustí řasu Oophila amblystomatis (cukry z řasy do zárodku) kleptoplastidie - vodní plži rodu Elysia (E. chlorotica), získání chloroplastů v potravě (řasy) a UCHOVÁNÍ vlastní syntéza chlorofylu a proteinů pro chloroplasty http://www.youtube.com/watch?v=aiyaxgbktou http://www.youtube.com/watch?v=aqr_aauqmpc 6

Fotosyntéza a živočichové - 2 fotosyntéza u mšic (Kyjatka hrachovitá)? studie na mšicích produkujících karotenoidy, (živočichové si je běžně nevyrábí; z rostlin), geny na výrobu asi od hub Vyjímečnost mšic - pijí výhradně rostlinou mízu bez karotenoidů Valmalette J.-C. et al.: Light- induced electron transfer and ATP synthesis in a carotene synthesizing insect. Scientific Reports 2, 579, 2012 Valmalette a kol. zjistili, že světlo zvýšilo produkci ATP jen u mšic, které měly karotenoidy, nestalo se tak u vyšlechtěných jedinců, kteří je postrádali. z pokusu vyplývá, že může jít o mechanismus podobný fotosyntéze. Mravenec odebírá ze zadečku mšice tekutinu obsahující nestrávené cukry z její stravy. Proč FS? 1) Úvod do fotosyntézy Sylabus přednášky - 1 spektrum fotosyntetického záření, energetická bilance fotosyntézy, základní koncept fotosyntézy, obecné schéma fotosyntézy, evoluce fotosyntetických reakcí (halobaktérie, baktérie, sinice, řasy a rostliny) a evoluce života 2) Světlo hnací síla FS Fotosynteticky aktivní záření, měření ozářenosti, absorpce a emise fotonů - Jablonského schéma (singletní a triplexní stav), přísun energie do reakčního centra 3) Fotosyntetické pigmenty Funkce světlosběrných pigmentů, bakteriochlorofyly a chlorofyly, absorpční a emisní spektra, fyzikálně-chemické vlastnosti molekuly chlorofylu, chlorofyly in vivo, degradace chlorofylů, chlorofyly v reakčním centru, přídavné pigmenty a jejich funkce, fykobiliny, karotenoidy (karotény, xantofyly) a jejich ochranná funkce 7

Sylabus přednášky - 2 4) Přenos energie ve fotosyntéze přenos energie do reakčního centra - mechanismy, rezonanční přenos energie, induktivně a výměnně rezonanční přenos energie, Försterova teorie, kinetika přenosu energie in vivo a její měření 5) Stavba fotosyntetického aparátu Strukturní komponenty, struktura listu, chloroplasty, thylakoidy, ontogeneze thylakoidů, příprava suspenze chloroplastů, struktura thylakoidních membrán, lipidy a jejich zastoupení, acylové řetězce, separace MGDG, význam saturace lipidů, packing factor, fázové přechody lipidů vs. podmínky okolí, ultramikrostruktura thylakoidní membrány, separace pigment-proteinových komplexů thylakoidních membrán pomocí ELFO PAGE a gradientové centrifugace, proteiny v thylakoidní membráně, fotosystém I a II a jejich podjednotky, poměr fotosystémů I a II, LHC komplexy struktura, složení a syntéza. Sylabus přednášky - 3 6) Přenos elektronů a protonů Halobaktérie, bakteriorhodopsin, reakční centrum - obecný princip činnosti, bakteriální reakční centrum, elektronový transport u purpurových a zelených bakterií, reakční centra typu PSI a PSII, přenos elektronů a protonů v kyslíkové fotosyntéze, tok elektronů fotosystémem II, I, redukce a oxidace plastochinonu, cytochrom b 6 f komplex, Q cyklus, lineární a cyklický transport elektronů, Z-schéma fotosyntézy, cyklus voda-voda, Emersonův efekt, regulační mechanismy v thylakoidních membránách: přechod stav 1 stav 2, xantofylový cyklus, mechanismus nefotochemického zhášení 7) Fluorescence chlorofylu in vivo Fluorescence chlorofylu charakteristiky, kvantový výtěžek fluorescence chlorofylu a in vivo, původ emisních pásů při pokojové teplotě a 77K, fluorescenční indukční jev historie, interpretace vln, parametr Fv/Fm a jeho použití 8

Sylabus přednášky - 4 8) Stres ve fotosyntéze - Definice stresu u rostlin. Adaptace, aklimace. Typy stresových faktorů. Společné mechanismy reakce rostlin na stresové faktory. - Oxidativní stres. - Senescence. Vodní deficit. Vysokoteplotní a nízkoteplotní stres. - Fotoinhibice. Stres vyvolaný UV-zářením. - Působení herbicidů a toxických látek ve vzduchu a půdě. - Stres nedostatkem výživy. - Biotický stres. Herbivoři. Fytopatogenní houby, bakterie a viry. Literatura: Sylabus přednášky - 5 Lawlor, D.W.: Photosynthesis: Molecular, Physiological and Environmental Processes. Longman Scientific and Technical (3rd edition). Harlow, UK, 2001. Kaplanová a kol.: Fyzikální základy fotosyntézy. UK Praha 1987 (skriptum). Hall, D.O., Rao, K.K.: Photosynthesis (5th edition). Cambribge University Press 1992. Taiz, L., Zeiger, E.: Plant Physiology (second edition). The Benjamin/Cumming Publishing Company, Redwood City, USA 1998. Blankenship, R.E.: Molecular Mechanisms of Photosynthesis, Blackwell Science 2002 Nobel, P.S.: Physiochemical and Environmental Plant Physiology (second edition), Academic Press 1999. Buchanan, B.B., Gruissem, W., Jones, R.L. Biochemistry and Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Biologists 2000. 9

Držitelé Nobelovy ceny a FS - 1 Richard Martin Wilstaetter - 1915 (Chemistry) Chlorophyll purification and structure, carotenoids, anthocyanins. Hans Fischer - 1930 (Chemistry) Haemin synthesis, chlorophyll chemistry. Paul Karrer - 1937 (Chemistry) Carotenoid structure, flavins, vitamin B2. Richard Kuhn - 1938 (Chemistry) Carotenoids, vitamins. Držitelé Nobelovy ceny ve FS - 2 Melvin Calvin - 1961 (Chemistry) Carbon dioxide assimilation. Robert Burns Woodward - 1965 (Chemistry) Total synthesis of vitamin B12, chlorophyll, and other natural products. Peter Mitchell - 1978 (Chemistry) Oxidative and photosynthetic phosphorylation, chemiosmotic theory. Hartmut Michel, Robert Huber, Johannes Deisenhofer - 1988 (Chemistry) X-ray structure of the bacterial photosynthetic reaction center. Rudolph Marcus - 1992 (Chemistry) Electron transfer theory. Applied his theory to the primary photosynthetic charge separation. 10