EU peníze středním školám Název vzdělávacího materiálu: Fotosyntéza – světelná fáze Číslo vzdělávacího materiálu: ICT10/19 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název sady vzdělávacích materiálů: Molekulární biologie jako prohloubení učiva a opakování k maturitě Autor: Jakub Siegl Datum vytvoření: Garant (kontrola): Mgr. Šárka Kirchnerová Ročník: ročník čtyřletého gymnázia (septima – oktáva) Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Biologie Téma: Fotosyntéza – světelná fáze Metodika/anotace: Materiál přehledně ukazuje strategie zisku energie u rostlin. Jedná se o první část procesu fotosyntézy, kdy je třeba světla, aby se mohl proces rozběhnout. Navazuje dále příprava „Temnostní fáze“. Časový rozvrh: 40 min Gymnázium Františka Křižíka a základní škola, s.r.o.

Fotosyntéza fotosyntézou rozumíme nejdůležitější proces (článek) v trofickém řetězci. produktem je potom sacharid (glukóza), který je základní organickou jednotkou dále přetvářenou metabolickými procesy uvnitř těl téměř všech organismů – jakožto energetická a stavební jednotka na jejím základě vzniká primární biomasa = základní trofická úroveň v potravní pyramidě

Jedná se o biochemický proces, při kterém je přetvářena energie světelného záření (fotonů) na energii chemické vazby uvnitř vznikající molekuly sacharidu. Donorem prvků se pak stává oxid uhličitý (CO 2 ), který dodává uhlík a kyslík, z vody je potom doplňován vodík. K procesu je zapotřebí mechanizmu, který přeměnu dokáže zrealizovat. Ten nacházíme v chloroplastu – zejména v jeho části, tylakoidu. Jedná se o autotrofní způsob výživy. Fotosyntéza - princip

Fotosyntéza běží ve dvou základních krocích: 1.Světelná fáze 1.Světelná fáze – dochází k zachycení energie a štěpným procesům (H 2 O) 2.Temnostní fáze 2.Temnostní fáze – syntetická fáze, kdy se již bez potřeby světla využívá zachycené energie a oxidu uhličitého k tvorbě glukózy Fotosyntéza - průběh

Světelná fáze Dochází k několika věcem najednou. Podívejme se nejdříve na výchozí situaci: Obr. 1: Chloroplast

Tylakoid – stavba a funkce Obr. 2: Lumen

Schéma fotosyntézy – světelná fáze Obr. 3: žlutozelenésvětlo červenésvětlo Kokův cyklus Calvinův cyklus

Průběh světelné fáze Celý proces začíná tím, že na zelenou část rostliny dopadá sluneční záření. V rostlině se v tu chvíli rozjede obrovská mašinérie, kdy dochází k excitaci elektronů na fotosystémech I a II a zároveň k fotolýze vody (štěpení molekuly vody za pomoci světla) na molekulární kyslík, vodíkové protony a stejný počet elektronů (Obr. 2 a 3): 2 H 2 O → O e − + 4 H + 2 H 2 O → O e − + 4 H + - probíhá v OEC (Kokův cyklus) – cyklus tvorby kyslíku Tento kyslík je dále rostlinou vylučován do prostředí jako odpadní produkt, vodíkové protony a elektrony jsou využity následně k redukci v temnostní fázi: NADP + + H e − → NADPH NADP + + H e − → NADPH - probíhá na konci světelné fáze na ferredoxinových přenašečích při záporném redoxním potenciálu Foton dopadající na fotosystém I (P700), který je citlivý na vlnovou délku odpovídající červenému spektru (700 nm), způsobí změnu elektrodového potenciálu P700 z cca +0,5eV na -0,5eV. Ten se navenek projeví excitací jednoho elektronu na systém přenašečů mířících k ferredoxinu. Tento elektronový deficit je kompenzován z fotosystému II (P680), který je citlivý na zelenožluté spektrum (680 nm). Podobně jako u P700 dochází ke změně potenciálu (ten je z původních +1eV změněn dopadem fotonu na cca 0eV) a vyexcitování elektronu, který pomocí systému přenašečů nahradí elektron v P700. Chybějící elektron z P680 je doplňován právě z Kokova systému (viz fotolýza vody).

Výtěžek světelné fáze K přenosu jednoho elektronu je zapotřebí dvou fotonů. Při vzniku jedné molekuly kyslíku musí být rozštěpeny 2 molekuly vody → 4 elektrony, tzn., že je třeba osmy fotonů pro jejich přenos. Pokud chceme vytvořit jednu molekulu glukózy v temnostní fázi, je potřeba přesunout 6 dávek elektronů odpovídajících jedné molekule kyslíku (4 elektrony): 6 x 4 = 24 elektronů Tomu odpovídá dvojnásobný počet fotonů, tj. 48. Pro představu se jedná o E= 8440,6kJ.mol -1. Účinnost fotosyntézy v temnostní fázi však pouze kolem 1/3, takže skutečný výtěžek odpovídá cca 2885kJ.mol -1. Výsledkem světelné fáze fotosyntézy je tedy z hlediska výživy NADPH – tedy redukovaná forma Nikotinamidadenindinukleotidfosfátu – metabolického koenzymu (Obr. 3); a ATP (Adenosintrifosfát) – základní energetický přenašeč vznikající na bázi vyrovnávání koncentrace H + mezi na vodíky bohatým lumenem a chudým stromatem (viz Obr. 2). Tento pasivní transport dodává energii pro reakci ADP (Adenosindifosfát) a fosfátovým zbytkem P (z kyseliny trihydrogenfosforečné). Vzniká tak makroergní (bohatá na E) vazba, jejímž štěpením je dodávána energie pro reakce v temnostní fázi – Calvinově cyklu (Obr. 2 a 3)

Animace Guw Guw

Zdroje (k ) Obr. 1: 08/31/the-taming-of-the-chloroplast 08/31/the-taming-of-the-chloroplast Obr. 2: 0/chemiosmosis.html 0/chemiosmosis.html Obr. 3: