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:

Podobné dokumenty
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:

Fotosyntézu lze schematicky vyjádřit: hv CO2 + 2 H2O (CH2O)+ O2 + H2O. Rozčlenění pochodů v chloroplastu na membránové a enzymové:

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

Fluorescence chlorofylu

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

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

1- Úvod do fotosyntézy

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

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

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

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

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

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

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

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

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

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

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

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

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

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

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

Biosyntéza sacharidů 1

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

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

35.Fotosyntéza. AZ Smart Marie Poštová

Vylepšování fotosyntézy

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

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

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

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

Barbora Chattová. Fylogeneze a diverzita rostlin: řasy a sinice

Barbora Chattová. Fylogeneze a diverzita rostlin 1. přednáška Cyanobacteria, Euglenophyta, Dinophyta, Cryptophyta

B4, 2007/2008, I. Literák

Dýchací řetězec (Respirace)

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

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

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

2. ČÁST - METABOLICKÉ PROCESY

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

2. ČÁST - METABOLICKÉ PROCESY

Energetický metabolismus rostlin

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

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

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Barbora Chattová. Fylogeneze a diverzita řas a hub: 2. přednáška Euglenophyta, Dinophyta, Cryptophyta

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

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

B METABOLICKÉ PROCESY

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

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

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Diverzita autotrofních protist

Světelné reakce fotosyntézy. - fixace energie záření

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

SINICE RUDUCHY. Štěpánka Žárová Petra Červienková

Ekologie fotosyntézy

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

Po stopách rané evoluce primárních producentů. Pavel Škaloud katedra botaniky PřF UK

Od sinice k první kytce...

Evoluce primárních producentů. Pavel Škaloud katedra botaniky PřF UK

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

Energetický metabolismus rostlin

Vliv dezintegrace buněčných stěn vybraných druhů sladkovodních řas na jejich stravitelnost

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

trubicovitá pletivná vláknitá, větvená vláknitá

6 Přenos elektronů a protonů

LÁTKOVÝ A ENERGETICKÝ METABOLISMUS

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

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

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

Fyziologie rostlin LS Fotosyntéza. Lukáš Fischer

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

sekundy Femtosekundová spektroskopie, aneb

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

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

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

Energetický metabolismus rostlin. respirace

Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

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

Eva Benešová. Dýchací řetězec

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

HYDROBOTANIKA. CHLOROPHYTA zelené řasy

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

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

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

HYDROBOTANIKA. CHLOROPHYTA zelené řasy

Vzdělávání středoškolských pedagogů a studentů středních škol jako nástroj ke zvyšování kvality výuky přírodovědných předmětů CZ.1.07/1.1.00/14.

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

Zemědělská botanika.

FOTOSYNTÉZA. Fotosyntéza je fotochemický proces, při němž fotosynteticky aktivní pigmenty v zelených

Biologie. Pracovní list č. 4 žákovská verze Téma: Fotosyntéza a faktory, které ji ovlivňují. Lektor: Mgr. Naděžda Kurowská

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin E a W a vzorce guanosinu a uracilu

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

Transkript:

Fotosyntéza

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

Kde všude jsou fotosyntetické organismy:

Yoon et al. (2006)

(Archibald 2009)

oxygenní fotosyntéza

Sinice

Primární plastidy Chlorophyceae, Chlamydomonas 2 obalné membrány Charophyta Chara 2 obalné membrány, grana

Primární plastidy Porphyridium Glaucocystis

Sekundární plastidy červené Cryptomonas Stramenopiles Ochromonas; Hacrobia 2+2 obalné membrány

Sekundární plastidy zelené Euglena Chlorarachniophyta Chlorarachnion 2+2(1) obalné membrány

Terciární endosymbióza Pohlcení organismu s červeným sekundárním plastidem obrněnky

Kleptoplastidy Elyssia viridis molusca, chloroplasty z Codium Placida dendritica - molusca, plastidy z Codium, Bryopsis Amphidinium latum obrněnka, kleptoplastidy ze skrytěnek Perispira ovum nálevník, kleptoplastidy z euglen?

en.wikipedia.org Primární pochody Membrána tylakoidu - 4 supramolekulární komplexy:

Zjednodušený model světlosběrného systému a RC Oba fotosystémy obsahují fotochemické reakční centrum a světlosběrný systém

Světlosběrné antény: fykobiliproteiny nebo LHC

Fykobilisomy nachází na cytoplasmatickém povrchu thylakoidů sinic, ruduch a glaukofyt, skrytěnky fykobilisomy nemají skládají se z kotoučovitých útvarů uvnitř s otvorem; trimery (ab) 3 nebo hexamery (ab) 6 jejich velikost a složení se může měnit v závislosti na růstových podmínkách připojují se k fotosystému II sinic fykobilisomy ruduch

Evoluce světlosběrných antén: cyanobacterial ancestor Primární endosymbióza ztráta BPS LHC s a a b ztráta ch b LHC s a Sec. endosymbióza LHC s a a c

Fotosyntéza necyklický transport elektronů NADPH a ATP účast PSI a PSII plastochinon feofytin plastocianin cyklický transport elektronů pouze ATP účast pouze PSI

Fotofosforylace Absorbcí kvant záření a přenosem elektronů se v lumenu thylakoidů zvýší koncentrace protonů využívány pro tvorbu ATP systémem ATP-syntázy CF o - transportuje H + přes membránu, tvoří kanál pro prostup protonů thylakoidní membránou, je silně hydrofobní CF 1 - zabezpečuje vlastní syntézu ATP z ADP a anorganického fosfátu. CF 1 je označován jako spřahovací (coupling) chloroplastový faktor spřahuje syntézu ATP s tokem elektronů.

Pigmenty

www.scubaboard.com http://butane.chem.uiuc.edu Elektromagnetické záření ze Slunce Průnik záření do vody PAR: 400-700 nm

www2.estrellamountain.edu Fotosyntetické pigmenty Úloha fotosyntetických pigmentů: vlastní fotochemická přeměna energie v reakčních centrech (ch a) zachycení fotonů a přenos excitace do reakčního centra (barviva zabudovaná v bílkovinných molekulách světlosběrných antén - ch a a b i chlorofyly c, d, fykobiliny a xanthofyly) ochrana fotosyntetického aparátu před nežádoucí nebo nadměrnou excitací chlorofyly fykobiliny karotenoidy

Chlorofyly iws.collin.edu Porfyriny - tetrapyroly s uzavřeným kruhem, vzájemně spojené metinovými můstky fytolový řetězec ukotvuje v membráně

Vznik molekuly porfobilinogenu kondenzací 2 molekul kyseliny - aminolevulové d-aminolevulová kys. porfobilinogen (PBG) 4x uroporfyrinogen protoporfyrinogen protoporfyrin methyl magnesium protoporfyrin methyl magnesium feoporfyrin prochlorofylid a chlorofylid a chlorofyl a oxidace chelatace Mg 2+ 5. izocyklický kruh redukce redukce esterifikace C 17 fytolem

plantphys.info Chlorofyl c Chlorofyl d Acaryochloris marina

Chlorofyl v buňkách sinic a chloroplastech řas Cyanophyta: chlorofyl a, (b, d) Glaucophyta: chlorofyl a Rhodophyta: chlorofyl a Chlorophyta a Charophyta: chlorofyl a, b Chrysophyceae: chlorofyl a, c 2, (c 3 ) Synurophyceae: chlorofyl a, c 1 Tribophyceae: chlorofyl a, c 1, c 2 Eustigmatophyceae: chlorofyl a Bacillariophyceae: chlorofyl a, c 1, c 2, c 3 Fucophyceae: chlorofyl a, c 1, c 2, c 3 Dinophyta: chlorofyl a, c 2 Haptophyta: chlorofyl a, c 1, c 2 Cryptophyta: chlorofyl a, c 2 Euglenophyta: chlorofyl a, b

Excitace chlorofylu: plantphys.info

Fykobiliny, fykobiliproteiny tetrapyroly s otevřeným kruhem akcesorické pigmenty u sinic, ruduch, skrytěnek a Glaucophyt lineární substituované tetrapyrolové řetězce, vznikají oxidačním otevřením porfyrinového kruhu kovalentně navázány na bílkovinu fykobiliproteiny fykourobilin (PUB) fykocyanobilin (PCB) fykoerythrobilin (PEB) fykoviolobilin (PXB)

Fykobiliproteiny - liší se polohou absorbčních vrcholů a tudíž barvou allofykocyanin (APC) - modrá s odstínem do zelena; 650-680 nm, nese jeden fykobilin na každé a a b podjednotce fykocyanin (PC) - fialová až tmavě modrá; 620-635 nm fykoerythrocyanin (PEC) fialová; 575 nm fykoerythrin (PE) červená; 545-565 nm heterodimer skládání fykobilisomů z podjednotek

Fykobilisomy Fykobilisomy na tylakoidech v chloroplastu ruduchy Porphyridium cruentum; ultratenký řez buňkou a fykobilisomy zachycené metodou freeze-fracturing.

Fykobiliproteiny skrytěněk Fykobiliproteiny skrytěnek se nacházejí v lumenu thylakoidů. Jejich součástí jsou fykobiliny: fykoerythrobilin (PEB); fykocyanobilin (PCB); dihydrobiliverdin (DBV), bilin 584; bilin 618 a bilin 684. Základní stavební jednotkou fykobiliproteinů skrytěnek jsou tetraméry aa b 2, které jsou velmi stabilní. Každá a a a podjednotka nese 1 fykobilin a každá b podjednotka nese 3 fykobiliny

Karotenoidy isoprenoidy, základní skelet obsahuje 40 uhlíků světlosběrná barviva v anténách Maximum absorpce 400-500 nm ochrana fotosyntetického aparátu před fotoinhibicí Primární X sekundární polyisopreny uhlovodíkové = karoteny beta karoten polyisopreny kyslíkové = xantofyly fucoxanthin

Biosyntéza karotenoidů redukce dekarboxylace fosforylace 10 15 20

Karotenoidy syntéza karotenu reakce se účastní tři enzymy: fytoen syntáza katalyzuje vznik fytoenu z GGPP dehydrogenáza katalyzuje čtyři následné dehydrogenace (zelená šipka) cycláza modifikuje konce molekuly

Některé xantofyly produkované de novo pouze řasami

Rozdělení karotenoidů u sinic a řas Cyanophyta: b-karoten, echinenon, zeaxanthin, myxoxanthofyl, b-cryptoxanthin Glaucophyta: b-karoten, zeaxanthin, b-cryptoxanthin Rhodophyta: a, b-karoten, zeaxanthin, (lutein, b-cryptoxanthin) Chrysophyceae: b-karoten, neoxanthin, zeaxanthin, (diadinoxanthin, diatoxanthin) Tribophyceae: b-karoten, diadinoxanthin, diatoxanthin, vaucheriaxanthin, heteroxanthin Eustigmatophyceae: b-karoten, vaucheriaxanthin, violaxanthin Bacillariophyceae: b-karoten, fukoxanthin, diadinoxanthin, diatoxanthin, zeaxanthin Fucophyceae: b-karoten, fukoxanthin, violaxanthin, (diadinoxanthin, diatoxanthin) Haptophyta: b-karoten, fukoxanthin, diadinoxanthin, diatoxanthin Cryptophyta: a-karoten, alloxanthin, monadoxanthin, crocoxanthin Dinophyta: b-karoten, diadinoxanthin, dinoxanthin, peridinin Euglenophyta: b-karoten, neoxanthin, (diadinoxanthin, diatoxanthin) Chlorophyta a Charophyta: antheraxanthin, a, b-karoten, lutein, syphonoxanthin, syphonein, neoxanthin, violaxanthin, zeaxanthin

Nadměrné ozáření Fotoinhibice zvýšená ozářenost podporuje vznik kyslíkových radikálů (ROS), což poškozuje hlavně PS II protein D1

Xanthofylový cyklus ochrana proti nadměrné ozářenosti Při nadměrném ozáření je violaxantin deepoxidován - enzym violaxantin deepoxidáza (VDE) na antheraxantin a pak na zeaxantin. Při nízkém ozáření je zeaxantin přeměněn zpět na violaxantin enzymem zeaxantin epoxidázou (ZE) Nadměrné ozáření vyšší absorbce hv a přenos e - snížení ph lumenu thylakoidu aktivace VDE (ph optimum 5,2) v VDE - při neutrálním ph (ve tmě) je mobilní v lumenu thylakoidu, při nízkých hodnotách ph se připojuje k membráně thylakoidu, kde získává přístup ke svému substrátu violaxantinu - mění konformaci xantofylů tak, že tyto zvyšují přeměnu (disipaci) přebytku světelné energie na teplo (kinetickou energii pohybu molekul).

Ochrana proti nadměrnému ozáření Chlorophyta Streptophyta vyšší rostliny Heterokontophyta Haptophyta Euglenophyta Dinophyta Cyanophyta Cryptophyta Rhodophyta Glaucophyta xantofylový cyklus diadinoxantin diatoxantin fykobiliproteiny (chromatická adaptace) diadinoxantin diatoxantin

Sekundární procesy fotosyntézy glyceraldehyd-3-fosfát izomeráza dihydroxyacetonfosfát fruktóza-1,6-bisfosfát Pi fruktóza-6-fosfát glukóza-6-fosfát glukóza Pi

RuBisCO Nejhojnější protein na Zemi 4 velké a 4 malé podjednotky Oxygenázová aktivita fotorespirace pyrenoid Chlamydomonas

RuP 2 + CO 2 + H 2 O 2 x 3-phospho glycerate RuP 2 + O 2 3-phospho glycerate + phosphoglycolate glycine defosforylace NH 3 CO 2 chloroplast peroxisom mitochondri

Relativní faktor selektivity RuBisCO...S rel popisuje schopnost RuBisCO rozlišovat mezi O 2 a CO 2 nižší S rel pro danou koncentraci O 2 a CO 2, vyšší oxygenázová aktivita produk. více fosfoglykolátu

Proč buňky fotorespirují? 1. Pouze relikt - dříve nebylo v atmosféře tolik kyslíku 2. ochrana proti nadměrnému ozáření při nízké koncentraci CO 2 - využití přebytečné energie získané absorpcí světla, brání chronické fotoinhibici

Dostupnost CO 2 Problém vodního prostředí a fotorespirace Adaptace: aktivní zvyšování intracelulární koncentrace anorganického uhlíku v okolí RuBisCO carbon concentrating mechanism (CCM) CCM je u všech sinic a mnoha řas různé mechanismy, ale cíl stejný: zvýšit koncentraci CO 2 v okolí RuBisCO

Sinice Všechny sinice mají CCMs CO 2 přes PM difůzí, bikarbonát aktivní pumpa Karboxyzomy obsahují karbonickou anhydrázu (CA) Prochlorococcus Na +, bikarbonát symport Sinicový CO 2 koncentrační mechanismus: 1) Akumulace HCO - 3 v cytosolu 2) Jeho transport do karboxyzómu 3) Konverze na CO 2

Aktivní transport HCO 3 - u sinic Karboxysomy (u sinic a Glaucophyt) útvary uzavřené jednovrstevnou proteinovou membránou, obsahují enzym RubisCO a karboanhydrázu. Bílkovinný obal karboxyzomu zvyšuje karboxylázovou aktivitu Rubisco. Hypotéza: enzym obalený v karboxyzomu je nucen do konformace, která upřednostňuje vazbu CO 2 před O 2.

Eukaryontní řasy Pyrenoid - obdoba karboxyzomu ne všechny řasy s CCMs ho mají! CCMs na PM, vnitřní plastidové membráně nebo obou Energized entry of CO 2 or HCO 3 - Energized flux of H + to cell wall, conversion of bicarb. to CO 2 Plasmalemma or plastid envelope or both rubisco in stroma/pyrenoid plasmalemma, CO 2 flux to rubisco in stroma many algae characean green algae C4 metabolism Udotea, Thalassiosira weissflogii

Energized flux of H + to thylakoid lumen, conversion of bicarbonate to CO 2 thylakoids, CO 2 flux to rubisco in pyrenoid freshwater green microalga Chlamydomonas

CCMs nemají Chrysophyceae, Synurophyceae někt. lichenizované kokální (Coccomyxa) sladkovodní ruduchy v rychle tekoucích vodách hlubokomořské ruduchy některé pikoplanktonní

Chlororespirace fce: nejasná, několik hypotéz získání ATP za tmy, udržení ATP synthasy v aktivním stavu, fotoprotekce -sink pro fotosynteticky vzniklé redukční ekvivalenty (NADPH) spotřeba O 2 na thylakoidních membránách ve tmě oxidace H + a e - do poolu PQ sinice, řasy, cévnaté rostliny modelové organismy e - redukce H + tvorba gradientu

Specifičnost fotosyntézy u některých sinic Adaptace sinic na zvyšující se koncentraci sulfidů v prostředí (horké prameny, microbial mats) nízká koncentrace např. Synechoccocus lividus, S. elegans, tolerantní druhy s oxygenní fotosyntézou (rezistentní PSII) nad 200 M např. Oscillatoria amphigranulata, Microcoleus chthonoplastes, efektivní přepínání mezi anoxygenní a oxygenní fotosyntézou - adaptace na prostředí, kde kolísá obsah H 2 S a O 2 nad 1mM - Oscillatoria limnetica, Aphanothece halophylica, anoxygenní fotosyntéza, PSII kompletně zablokován (reverzibilně) 2H 2 S + CO 2 [CH 2 O] + 2S + H 2 O Nutné světlo!! Oscillatoria limnetica