Fotosyntéza – obecná charakteristika, základní chemická rovnice, význam pro život, fáze fotosyntézy (místo průběhu, podmínky, vstupní látky, výstupní produkty), faktory ovlivňující fotosyntézu.

Dýchání – obecná charakteristika, anaerobní a aerobní dýchání (místo průběhu, vstupní a výstupní látky, chemické rovnice).

Minerální výživa rostlin.

 

  • Studuje životní funkce a individuální vývoj rostlin.

Fotosyntéza

  • Jeden z nejdůležitějších dějů v přírodě
  • Dochází k zachycení sluneční energie (fotonů) a k následné syntéze organických látek (sacharidy, mastné kyseliny a prekurzory aminokyselin) z oxidu uhličitého a vody
  • Vyšší rostliny, zelené a hnědé řasy, jednobuněčné sinice, zelené a purpurové bakterie
  • Primární děj (přenos elektronů a protonů), sekundární děj (fixace uhlíku – Calvinův cyklus)
  • Dvoustupňový proces
  • Sluneční energie se využije k oxidaci vody
  • Elektrony se využijí k redukci CO2
  • Probíhá pouze u autotrofních organismů
  • Celý proces lokalizován v chloroplastech, primární fáze v thylakoidech, sekundární fáze ve stromatu
  • Rovnice fotosyntézy:
    • 6CO2 + 12H2O -> C6H12O6 + 6H2O + 6O2, vše probíhá za přítomnosti chlorofylu a světla
  • Schéma fotosyntézy:
  • Barviva plastidů
    • Chlorofyl – zachycuje modrofialové a červené spektra
    • Fykocyan a fykoerytrin – zachycují zelené a žluté spektra
    • Xantofyly a karotenoidy – zachycují modrozelené spektra
  • Primární fáze fotosyntézy
    • „světelná fáze“
    • Reakce závislé na světle uskutečňující se v thylakoidech
    • Probíhá přeměna světelné energie (fotony) na chemickou energii (ve formě ATP – adenosintrifosfát a NADPH – meziprodukt, nikotinamid adenin dinukleotid fosfát v redukovaném stavu)
    • Jako vedlejší produkt vzniká kyslík
    • Chlorofyl a se oxiduje a přeměňuje energii pohlceného fotonu na energii chemickou
    • Cyklická fosforylace
      • Uvolněné elektrony z chloroplastu jsou přenášeny přenašeči a nakonec se vracejí do excitované molekuly chlorofylu a vytváří se ATP
    • Necyklická fosforylace
      • Chlorofyl je redukován elektrony uvolněnými při fotolýze vody (rozklad vody světlem) a vzniká NADPH2, ATP a kyslík
    • Sekundární fáze fotosyntézy
      • „temnostní fáze“
      • Reakce již nejsou závislé na teple a probíhají ve stromatu chloroplastu
      • Energie ATP a meziprodukt NADPH2 jsou dále využity pro fixaci CO2, který se zabudovává do sacharidů v sekundárních pochodech fotosyntézy
      • CO2 se navazuje v Calvinově cyklu
      • Výsledkem je cukr – glukóza (C6H12O6)
    • Produkty fotosyntézy
      • Asimiláty
      • Chemická energie uložená ve formě organické látky
      • Rostliny ji ukládají do zásobních orgánů
      • C3 – probíhá pouze temnostní fáze fotosyntézy (Calvinův cyklus), rostliny mírného pásu
      • C4 – probíhá Calvinův a Hatchslackův cyklus, některé tropické rostliny
      • CAM – probíhají oba cykly, ale jsou časově separovány
    • Faktory ovlivňující fotosyntézu
      • Světlo
      • Koncentrace CO2 – ve skleníku vyšší než ve vzduchu – výnosnější
      • Teplota – u nás optimum 15-25 stupňů
      • Voda – nedostatek způsobuje uzavření průduchů, znemožní vstup CO2
      • Vnitřní – stáří listů, množství chlorofylu, fytohormony
    • Význam fotosyntézy
      • Přeměna světelné energie na chemickou
      • Vznik biomasy – produkce organických sloučenin
      • Produkce kyslíku
      • Udržování stále koncentrace CO2
      • Udržuje život na zemi
    • Rostliny C3, C4 a CAM
      • Rozlišení rostlin podle způsobu fixace CO2 při fotosyntéze
      • U C3 reaguje CO2 s ribulosa-1,5-biofosfátem za katalýzy enzymu rubisco a prvním detegovatelným produktem je tříuhlíkatá (proto C3) sloučenina 3-fosfoglycerát
      • Do této skupiny patří většina rostlin mírného pásu
      • Nevýhodou tohoto způsobu fixace CO2 je skutečnost, že v důsledku nízkého parciálního tlaku CO2 v atmosféře a vysokého parciálního tlaku O2 zde probíhá intenzivní fotorespirace
      • u C4-rostlin je primárním akceptorem CO2 fosfoenolpyruvát a vzniká čtyřuhlíkatý oxalacetát
      • ten je následně redukován na malát, který je transportován do jiných buněk, kde je dekarboxylován; tím je zde dosaženo vyšší koncentrace CO2 a fotorespirace je potlačena
      • mezi C4-rostliny patří mnohé tropické rostliny, z našich pak zejména kukuřice
      • rostliny CAM (Crassulacean Acid Metabolism) v noci fixují CO2 podobným způsobem jako C4-rostliny, uchovávají malát ve vakuolách a ve dne, kdy je dostatek světla a tedy i ATP a NADPH, realizují Calvinův cyklus
      • je tedy u nich časově oddělena fixace CO2 od jeho využití
      • tyto rostliny (Crasulacea, tučnolisté) jsou adaptovány na horké a suché podnebí tím, že během dne mohou mít uzavřené průduchy, a brání se tak vysychání

Dýchání

  • Dýchají všechny organismy
  • Cílem je uvolnění chemické energie obsažené v glukóze (+ polysacharidy, lipidy, bílkoviny)
  • C6H12O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2O + energie
  • Děj opačný k fotosyntéze
  • Probíhá v mitochondriích a cytoplazmě
  • Fáze:
    • Anaerobní dýchání
      • Nazývané taky glykolýza
      • Probíhá v cytoplazmě
      • Bez potřeby O2
      • Oxidace glukózy (odštěpení vodíku)
      • Vznikají produkty à pyruvát, acetylkoenzymA
      • Uvolňuje se jen malá část vázané ATP
    • Aerobní dýchání
      • Probíhá v mitochondriích
      • Za přítomnosti O2
      • Odštěpení CO2 – dekarboxylace a H2 – dehydrogenace
      • Krebsův cyklus
      • Acetylkoenzym A + H2 – se oxiduje na vodu a uvolňuje se velké množství energie ve formě ATP
    • Faktory ovlivňující dýchání:
      • Vnější
        • Oxid uhličitý – když se zvýší koncentrace, snižuje se dýchání
        • Kyslík
        • Voda – když je jí málo, dýchání se nejprve zrychlí a pak ustává
        • Teplota – optimum 30 stupňů, 45 stupňů snížení, 50 stupňů enzymatické změny (zastavení), jehličnany až do -25 stupňů
      • Vnitřní
        • Stáří a životní stádium rostliny (velká – mladé rostliny, klíčení, tvorba květů, plodů, malá – klidová stádia, cibule, semena, hlízy)

Alkoholové kvašení

  • Forma anaerobního dýchání, kdy se glukóza rozkládá bez kyslíku

+ energie

  • Vzniká ethanol
  • Alkoholové kvašení mohou způsobovat houby – kvasinky, bakterie, rostliny
  • Pokud vzniká v rostlinách (v důsledku nedostatku kyslíku – záplavy, půdní škraloup), je toxický a rostlina uhyne

 

Srovnání fotosyntézy a dýchání

Fotosyntéza Dýchání
·         Probíhá jen v buňkách s fotosynteticky aktivními barvivy

·         Probíhá jen na světle

·         Oxid uhličitý a voda vstupují

·         Kyslík se uvolňuje

·         Hromadí se energeticky bohaté látky

·         Hmotnost rostliny se zvyšuje

 ·         Probíhá ve všech živých i rostlinných buňkách

·         Probíhá na světle i ve tmě

·         Oxid uhličitý a voda vstupují

·         Kyslík se spotřebovává

·         Zásobní látky se spotřebovávají

·         Hmotnost rostliny se snižuje

 

 

Výživa rostlin

  • Typy organismů podle výživy:
    • Autotrofní
      • Auto = sám, trofie = potrava
      • Schopnost sami sebe vyživovat
      • Jsou to organismy schopné fotosyntézy, obsahují chlorofyl
      • Některé bakterie, sinice, vyšší řasy, vyšší zelené rostliny
    • Heterotrofní
      • Hetero = cizí, jiný
      • Vyživují se pomocí jiných organismů, nemají chlorofyl, nemohou vytvořit asimiláty
      • Nezelené rostliny, houby, živočichové
    • Mixotrofní
      • Přechod mezi autotrofií a heterotrofií
      • Zelené organismy potřebují některé organické látky, které nemohou vyrobit
      • Masožravé rostliny – dusík a fosfor
    • Typy heterotrofních organismů:
      • Saprofyté = rozkladači
        • Vyživují se z odumřelých zbytků rostlin a živočichů
        • Pouze bakterie a houby
        • Někdy se pro bakterie užívá název dekompozitoři
      • Parazité = cizopasníci
        • Získávají organické látky z živých těl (hostitelů)
        • Jedná se o některé houby, bakterie, rostliny a živočichy
        • Dělí se na:
          • Hemiparazité – poloparazité – rostliny schopné fotosyntézy, jsou zelené, z hostitele získávají vodu a anorganické látky, napojené na dřevní část cévního svazku
          • Holoparazité – úplní parazité – rostliny neschopné fotosyntézy, nejsou zelené, z hostitele získávají vodu a organické látky, napojené na lýkovou část cévního svazku
        • Symbióza (soužití)
          • Soužití 2 organismů, ze kterého mají oba užitek
          • Speciální případy:
            • Lišejníky – řasa + houba/sinice
            • Mykorhiza – houba + vyšší rostlina
            • Hlízkovité bakterie + kořeny vyšších rostlin

Pohyby rostlin

  • Fyzikální
    • Pasivní pohyby
    • Nejsou vázány na celistvý organismus
    • Probíhají i u mrtvých organismů a u oddělených částí
    • Hygroskopické pohyby
      • Bobtnavé pohyby
      • Bobtnáním polymerů se zvětšuje objem (při větším množství vody)
      • Probíhají vlivem změny obsahu vody
      • Př. otvírání a uzavírání šišek, otvírání lusků a tobolek
    • Kohezní pohyby
      • Odpařování vody a vtažení zbytku vody vlivem kohezních sil
      • Př. otevírání výtrusnic
    • Explozní pohyby
      • Změna turgoru (vnitřního napětí) buněk
      • Nejsou řízeny vnějšími faktory (ty ovlivňují jen dobu, nikoliv vnitřní mechanismus)
      • Př. semena tobolky netýkavky, výtrusy z vřecek vřeckovýtrusných hub
    • Vitální pohyby
      • Lokomoční
        • Taxe
          • Volný pohyb z místa na místo
          • Pohyb bakterií, bičíkovců, sinic, řas, hlenek, rejdivých výtrusů, spermatozoidů
          • Fototaxe – pohyb za světlem – fotosynteticky aktivní organismy
          • Chemotaxe – přitahování chemicky atraktivními látkami – bakterie, spermatozoidy, výtrusy
        • Pohyb v buňkách
          • Proudění cytoplazmy – mechanika spojovaná s funkcí proteinů, fyziologie proudění neobjasněná, rychlost proudění 0.2 – 0.6 mm/min
          • Pohyby buněčného jádra a chloroplastů – jako součást cytoplazmy a také samovolný pohyb (dělení jádra, fotosyntéza)
        • Indukované
          • Tropismy
            • Orientované ohybové pohyby realizované nerovnoměrným růstem
            • Pozitivní (ve směru podnětu)
            • Negativní (proti směru podnětu)
            • Geotropismus – vliv tíhové síly
            • Chemotropismus – v a proti směru chemického gradientu
            • Hydrotropismus – může překonat i geotropismus
          • Nastie
            • Indukované pohyby rostlin
            • Růstové nastie
              • Termonastie – otevírání a zavírání květů vlivem změny teploty (rozdíl teplot uvnitř – vně), tulipán, sněženka
              • Fotonastie – otevírání a zavírání květů vlivem množství záření, leknín
              • Tigmonastie – vyvolaná dotykem hmyzího těla, př. rosnatka
            • Variační nastie
              • Nastávají změnou napětí
              • Nyktinastie – spánkové pohyby, jetel, šalvěj, akát
              • Seismonastie – vyvolány mechanickým otřesem, citlivka