Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prosím, vypněte mobilní telefony. Fyziologie rostlin Ing. Zuzana Balounová, PhD. Základní kurs 5 Fotosyntéza.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Prosím, vypněte mobilní telefony. Fyziologie rostlin Ing. Zuzana Balounová, PhD. Základní kurs 5 Fotosyntéza."— Transkript prezentace:

1 Prosím, vypněte mobilní telefony

2 Fyziologie rostlin Ing. Zuzana Balounová, PhD. Základní kurs 5 Fotosyntéza

3 ATP a NADPH vzniklé v primárních pochodech mohou být použity k vázání a redukci CO 2 v tzv. Calvinově cyklu (C3 cyklus). evolučně velmi starý proces společný všem fotosyntetizujícím organizmům. Žádný jiný cyklus se srovnatelnou funkcí není znám. redukce CO 2 a syntéza org. sloučenin s vysokým energetickým obsahem ve stromatech chloroplastů Sekundární procesy asimilace CO 2 (temnostní, syntetická fáze)

4 asimilace CO 2 do organických sloučenin Calvinův cyklus 1) karboxylace 2) redukce 3) regenerace

5 1) karboxylace CO 2 vázán na akceptor (ribulóza 1,5 biP) bez dodání energie pomocí RUBISCA 2 molekuly 3-PGA (kyseliny 3-fosfoglycerové)

6 2) redukce Fosforylace (P z ATP) redukce (pomocí NADPH) na 3-PGAd (3fosfoglyceraldehyd) Celkový náklad: 2 x ATP + 2 x NADPH

7 3) regenerace Řetěz reakcí syntéza ribulózo-1,5-biP (RuBP) (=akceptor pro další molekulu CO 2 syntéza glukózy K čistému zisku 1 molekuly s 3C je třeba fixovat 3 x CO 2 = cyklus proběhne 3x Zpracování 3C molekuly: - v chloroplastu (syntéza škrobu) - v cytosolu (jiné syntézy) 3-PGA:

8 Ze šesti molekul 3-fosfoglyceraldehydu je jen jedna použita k syntéze glukózy jako čistý výtěžek fixace tří molekul CO 2 ostatních pět molekul se účastní regenerace pentózy RuBP.

9 Calvinův cyklus evolučně starý, jediný způsob asimilace C

10

11 Převzato z: ( )

12 „osud“ atomu uhlíku při asimilaci CO2

13 Calvinuv cyklus, C 3 pentózofosfátová cesta fixace CO 2 fixace CO 2 přes ribulózo-1,5-bisfosfát (RuBP) (5C) který se ihned štěpí na 2 molekuly kys. 3-fosfoglycerové (PGA) (2x3C) fixace je katalyzována RuBP-karboxylázou

14 ribulózo-1,5­bisfosfát-karboxyláza/oxygenáza Nejdůležitější enzym Calvinova cyklu (umožňující navázání C z CO2) Rubisco

15 Rubisco –může fungovat nejen jako karboxyláza, ale i jako oxygenáza - na stejný substrát může vnášet i O 2. Afinita Rubisco k CO 2 je podstatně větší než k O 2, ale v chloroplastech bývá v důsledku fotolýzy vody koncentrace O 2 daleko vyšší, než CO 2 oxygenázová aktivita Rubisco se prosadí a spustí se fotorespirace.

16 Fotorespirace Proces opačný k fotosyntéze, ztráta CO 2 do okolí probíhá jen na světle (oproti mitochondriální respiraci!) jev dán karboxylačně-oxidační aktivitou Rubisca (za běžných podmínek asi 4:1) vyšší parciální koncentrace CO 2  vyšší fotosyntéza vyšší radiace a teplota  vyšší fotorespirace běžně rostliny ztrácí okolo 20% získaného CO 2

17 fotorespirace

18 Z P- glykolátu se odštěpí P glykolát je transportován do peroxizomů: syntéza glycinu V mitochondriích další syntézy-uvolňuje se CO 2 a NH3 Ztráta C 10% + energetické ztráty (ATP, NADPH) Snížení účinnosti fixace CO 2 Enzym Rubisko se zachoval z doby, kdy měla atmosféra více CO 2 a méně O 2 – tehdy jen fce karboxylázy (?)

19 Fotorespirace probíhá za součinnosti různých organel: chloroplastů, peroxizómů a mitochondrií Čistý výtěžek fotosyntézy (např. výnosy plodin) při intenzivní fotorespiraci u C3 rostlin – silný pokles

20 fotorespirace

21 C4 - cyklus (Hatch-Slackova cesta) V průběhu evoluce rostlin se vyvinuly některé pozoruhodné metaboIické adaptace, které umožňují zvýšit parciální tlak CO 2 v místech jeho fixace Calvinovým cyklem a tím také potlačit oxygenázovou aktivitu Rubisco a tedy fotorespiraci Společným principem těchto adaptací je opakovaná karboxylace

22

23 Převzato z: ( )

24 U C4 rostlin není primárním akceptorem CO 2 RuBP ale kyselina fosfoenolpyrohroznová (PEP) prvním stabilním produktem je C4 kyselina oxaloctová dále vznikají kyselina asparagová (asparát) kyselina jablečná (malát) ( C4 ­kyseliny s minimálně dvěma karboxyly)

25

26

27 C4 - cesta dikarboxylových kyselin Hatch - Slackova v buňkách pochev CS z OAA uvolňován CO2 následně vázán na RuBP (jako u C3-cesty) pyruvát se vrací do mezofylu

28 Fixační cesta CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Sukulentní rostliny obsahují buňky s velkými vakuolami, které mají značnou skladovací kapacitu. Fixace CO 2 u sukulentů vykazuje shodu s C4-cestou. Oba karboxylační procesy probíhají ale v téže buňce. Nejsou odděleny prostorově (jak je tomu u C4) ale časově (neprobíhají současně)

29 Fotosyntéza – CAM cyklus

30 Převzato z: ( )

31 CAM - Crassulacean Acid Metabolism Časové oddělení fixace CO 2 a syntézy uhlíkatých sloučenin v noci fixace CO 2 přes PEP, hromadění ve formě malátu ve vakuole ve dne malát převáděn zpět, dekarboxylován a v chloroplastech zpracován zpětně uvolněný CO 2 Kelvinovým cyklem

32 Metabolické typy rostlin podle fixace uhlíku C3-rostliny - převážná většina rostlin, primární způsob fixace C, asi 20% ztrát fotorespirací (díky oxidační aktivitě RuBP- karboxylázy) C4-rostliny - asi 2000 druhů rostlin (přibližně 20 čeledí), tropické trávy (Zea mays, Saccharum officinarum, čeledi Portulacaceae, Euphorbiaceae, Chenopodiaceae, také některé sinice (Anacystis nidulans), minimální ztráty fotorespirací, vyšší afinita PEP-karboxylázy vůči CO 2  větší efektivita oproti C3 rostlinám CAM-rostliny - především sukulentní rostliny nejvíce z čeledí Agavaceae, Bromeliaceae, Cactaceae, Crassulaceae, Orchidaceae, ale také některé epifytické kapradiny a submerzní rostliny (Isoëtes, Crassula aquatica), smyslem CAM je minimalizovat ztráty vody

33 C3- vs. C4-rostliny Anatomická stavba listu - Krantz-anatomie u C4 (Krantz = věnec), tlustostěnné buňky obsahující chloroplasty tvořící věnčitý obal cévních svazků, není rozlišen palisádový a houbovitý mezofyl rozdílná afinita Rubisco a PEP- karboxylázy vůči CO 2 minimální ztráty fotorespirací u C4 kompenzační bod a bod nasycení fotosyntézy vyšší u C4 geografické rozšíření - C4 schází v chladných klimatických oblastech

34 C3 (tříuhlíkatý produkt fosfoglycerát): u nás 99,7 % rostlin, součástí fotosyntézy je fotorespirace - rostliny ztrácejí % CO2, největší ztráty hmoty nastávají za horkých suchých dní, kdy je omezen výpar vody a v důsledku uzavření průduchů klesá koncentrace CO2 a podíl fotorespirace vzhledem k fotosyntéze vzrůstá C4 (čtřuhlíkatý produkt (oxalacetát): tropické, u nás 0,3 % rostlin (kukuřice, bambus, proso, cukrová třtina), rychle rostoucí, velice účinně vážou CO2, fotorespirace je potlačena, za horkých dnů produkují 2-3krát více glukózy než C3 rostliny za mírných dní jsou však C3 rostliny výkonnější, protože na fixaci CO2 spotřebují méně energie.

35 S Saccharum officinarum

36 Euphorbia sp.

37 Chenopodium sp.

38 Mesembryanthemaceae

39

40 Cactaceae

41

42 Anacystis nidulans (sinice)

43 v chloroplastu - během fotosyntézy vznik sacharidů, bílkovin, lipidů, škrobu (tranzitorní š.) v cytoplazmě – škrob se rozloží na sacharózu, přenáší se cévními svazky a ukládá do zásoby (cukrová třtina, řepa) nebo vzniká zásobní škrob a ukládá se v zásobních orgánech (hlízy, plody, kořeny...) Co se děje dál s asimiláty?

44 Fotosyntéza vodních rostlin Nízký příkon radiace (eufotická zóna) koncentrace plynů roste s tlakem nad hladinou a klesající teplotou, naopak klesá s obsahem rozpuštěných solí CO 2 ve vodě snadno rozpustný, ale difúze asi 10,000x pomalejší oproti vzduchu  nedostatečné zásobování CO 2 k listům s rostoucím pH vody se posouvá rovnováha (H 2 CO 3 )  H 2 O + CO 2  H + + HCO 3 -  2H + + CO 3 2- doprava, při pH > 9 schází volný CO 2 Vlastnosti vodního prostředí:

45 Adaptace vodních rostlin na příjem uhlíku Příjem celým povrchem těla (nejsou přítomny průduchy) - maximálně dělené listy (Myriophyllum, Ceratophyllum, Batrachium) redukce hraniční vrstvy okolo listů - snižuje ji proudění vody, zmenšení plochy listů (hraniční vrstva roste s kvadrátem listové plochy) příjem HCO 3 - : 1. aktivní transport (sinice, řada zelených řas), 2. převod na CO 2 v buněčné stěně pomocí enzymu karbonát-anhydrázy (Elodea canadensis), 3. protonový polární transport - vylučování H +  lokální zvýšení acidity  posun rovnováhy směrem k volnému CO 2 (Characeae, makrofyta) využití CO 2 z organického sedimentu - příjem kořeny a rozvod skrze kanálky k listům (Isoëtes, Litorella uniflora, Lobelia dortmana)

46 CAM vodních makrofyt CAM submerzních makrofyt - cirkadiánní změny koncentrace malátu a pH v buňkách, popsáno u Isoëtes howellii, mají C3, CAM slouží jako dodatečný zdroj

47 Isoëtes andicola Terestrická rostlina s listy bez průduchů, velmi silná kutikula - nulová výměna plynů s atmosférou příjem CO 2 kořeny z organického sedimentu CAM - probíhá v noci, malý příjem CO 2 ze sedimentu a recyklace respiratorního CO 2, dodatečný metabolismus k dennímu C3


Stáhnout ppt "Prosím, vypněte mobilní telefony. Fyziologie rostlin Ing. Zuzana Balounová, PhD. Základní kurs 5 Fotosyntéza."

Podobné prezentace


Reklamy Google