Jak rostliny fungují – fotosyntéza část 1.

Základním stavebním kamenem růstu tkání všech rostlin je adenosintrifosfát (ATP), což je nízkomolekulární látka, která zprostředkovává přenos energie, je tvořena ribózou, adeninem a třemi fosfáty vázanými makroergními vazbami. Tato látka je stejná, jako základ uvolňování energie na molekulární bázi pro všechny živé organismy na planete Zemi. Uvolňování energie probíhá tak, že se ATP štěpí na ADP (adenosindifosfát), ADP se štěpí na AMP (adenosinmonofosfát), tedy že trifosfát při odštěpení jedné molekulární vazby a vzniku difosfátu uvolní energii. Taky víme, že zároveň ATP působí opačným směrem a to že ukládá energii opačným procesem: AMP váže fosfát a stává se z něj ADP, ADP váže fosfát a stává se z něj ATP.

Dále popíšeme přesně fotosyntézu a tím dokážeme, že to bez světla (ergo fotonů) nejde.

Fotosyntéza

Fotosyntéza je anabolický děj probíhající u autotrofních organismů. Fotosyntézu vykonávají buňky, které obsahují asimilační pigmenty, tj. chlorofyl (vyšší rostliny obsahují modrozelený chlorofyl a žlutozelený chlorofyl), karotenoidy (oranžové karoteny a žluté až hnědé xantofyly), fykobiliny (červenofialový fykoerythrin a modrý fykocianin). Fotosyntéza je přeměna CO₂ a H₂O pomocí světelné energie na organické látky. Procesy probíhající při fotosyntéze se dělí na primární a sekundární. Primární jsou závislé na světle, sekundární světlo ke svému průběhu v zásadě nepotřebují (prakticky však bez světla dlouho probíhat nemohou, protože jsou závislé na primárních dějích, které se za nepřítomnosti světla zastav).

Fotosyntéza bakteriálního typu neuvolňuje se kyslík, protože bakterie nevyužívají při fotosyntéze jako zdroj vodíku vodu, ale látky uvolňující kyslík snadněji (např. plynný sulfan), a proto se neuvolňuje kyslík, nýbrž síra nebo jiné látky (dále nás nezajímá).

Kyslíková (oxigenní) fotosyntézu uskutečňují ji zelené rostliny a sinice 12H₂O + 6CO₂ + E (energie fotonu) = C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O. Všechny atomy kyslíku v glukóze pocházejí z CO₂ a veškerý kyslík uvolňovaný do ovzduší z vody. Fotosyntéza probíhá na membráně thylakoidu (což jsou členité měchýrkovité útvary uvnitř chloroplastu rostlin, ohraničené membránami. Vnitřek thylakoidu se nazývá lumen. V thylakoidech jsou zakotveny dva typy fotosystému a probíhá v nich světelná fáze fotosyntézy. U prokaryotních organismu jsou volné, nejsou vyvinuty chloroplasty. Jejím reakčním centrem je chlorofyl. Ostatní barviva slouží jako barviva doplňková, kolem reakčního centra tvoří spolu s enzymy tzv. světlosběrné antény, které slouží k příjmu světla. Světlo využívané při fotosyntéze tj. viditelná část spektra (vlnová délka 400-700 nm) se označuje jako fotosynteticky aktivní záření.

Primární (světelná, fotochemická) fáze zahrnuje absorpci světla a využití této energie pro přenos elektronu z elektropozitivní soustavy voda – kyslík na elektronegativní soustavu koenzymu. Procesy této fáze se uskutečňují ve dvou na sebe navazujících krocích pomocí fotosystému. To jsou komplexy molekul bílkovin a fotosyntetických pigmentu, nejdůležitější složkou je chlorofyl (základem je atom hořčíku, který je vázán na dlouhý nepolární řetězec, je to tedy membránový lipid). Značí se fotosystém I a fotosystém II, liší se uspořádáním a obsahem chlorofylu a, b a dalších látek, obsahují světlosběrné antény. Jsou zabudovány do membrány thylakoidu. Fotosystém I absorbuje světlo o vlnových délkách kolem 700 nm, přenáší elektron na koenzym; fotosystém II absorbuje světlo o kratších vlnových délkách, rozkládá vodu za vzniku molekulárního kyslíku.

Průběh

Chlorofyl a pohltí část světelné energie – foton, tím se excituje (dostává se do energeticky bohatšího stavu) a zpět do základního stavu se dostává uvolněním excitovaného elektronu. Molekula je tedy ve formě kationtu a chybějící elektron ihned doplňuje. Excitovaný elektron „putuje“ pomocí redoxních reakcí pres redoxní systém (enzymy) a přitom se uvolňuje ATP. Na konci systému vzniká NADP- (NADP = koenzym). Při fotolýze vody, probíhá na fotosystému II, voda se rozkládá na atomární kyslík, proton a elektron. Kyslík se ihned váže s dalším kyslíkem na molekulu, se na NADP- naváže proton a vzniká NADPH (nikotinamidadenindinukleotidfosfát, je redukčním činidlem v cyklech fixace a redukce CO₂.

Zdroj: www.grower.cz