BIOSYNTÉZA SACHARIDŮ

Organismy dělíme na: autotrofní – využívají k syntéze cukrů CO2, vodu a sluneční energii (fotosyntéza) heterotrofní – využívají 2-4 uhlíkaté sloučeniny vzniklé v průběhu katabolismu (glukoneogeneze)

FOTOSYNTÉZA podmíněna přítomností fotoreceptorů (barviv absorbujících energii slunečního záření) – chlorofyly energie je využita k přeměně jednoduchých anorganických látek (CO2, voda) na složitější organické (glukosa) přeměna světelné energie na energii chemických vazeb redukce uhlíku z ox. čísla IV na nižší, redukčním činidlem je voda (vyšší rostliny) nebo sulfan, vodík, organické kyseliny (některé bakterie) 2 fáze – světelná (primární, fotochemická) a temnostní (sekundární)

Chlorofyl a

PRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY lokalizována v tylakoidech (v chloroplastech) sluneční záření → excitace elektronu v molekule chlorofylu → energie využita k tvorbě ATP a NADPH+H+

PRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY transportní systém necyklická fosforylace cyklická fosforylace fotolýza

Elektronový transportní systém Fotosystém I absorbuje světlo o vlnové délce do 700nm, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektron, ten se přenáší na akceptor Z a další redoxní systémy (ferredoxin, flavoprotein) až na NADP+, to celé proběhne dvakrát, výsledkem je NADPH+H+ Zpět na obrázek

Necyklická fotofosforylace Fotosystém II absorbuje světlo o vlnové délce do 680 nm, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektron. Ten se přenáší na akceptor Q a další redoxní systémy (plastochinon, cytochrom f, plastokyanin) až na fotosystém I, který tím doplní svůj chybějící elektron, to celé proběhne opět dvakrát. Energie elektronu v průběhu přenosu přes redoxní systémy je využita k fotofosforylaci (tvorbě ATP s využitím energie světla) Zpět na obrázek

Cyklická fotofosforylace Elektron excitovaný světlem z fotosystému I se vrací přes plastochinon a další redoxní systémy opět do fotosystému I, v průběhu jeho přenosu je jeho energie využita k fotofosforylaci. Zpět na obrázek

Fotolýza vody Slouží k doplnění elektronů do fotosystému II a jako zdroj H+ k redukci NADP+ na NADPH+H+. Uvolňuje se při ní kyslík. Rovnice: H2O → 2 H+ + 2 e- + ½ O2 Zpět na obrázek

Shrnutí primární fáze fotosyntézy: Do reakce vstupují světelná energie, voda a NADP+ (koenzym v oxidované formě), produkty jsou kyslík, ATP a NADPH+H+ (koenzym v redukované formě). Energie z ATP a redukovaný koenzym jsou pak využity v temnostní fázi fotosyntézy k redukci CO2 a jeho zabudování do molekuly cukru.

SEKUNDÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY syntéza cukru z CO2, využití energie z ATP a redukovaného koenzymu k redukci uhlíku lokalizována ve stromatu chloroplastů a v cytoplazmě

Calvinův cyklus rostliny, které syntetizují glukosu takto, jsou tzv. C3-rostliny 3 části: fixace (zachycení) molekuly CO2 molekulou akceptoru redukce CO2 regenerace (obnovení) akceptoru

fixace redukce regenerace

Fixace: navázání CO2 na akceptor (ribulosa-1,6-bisfosfát), který má 5 uhlíků, vzniká meziprodukt se 6 uhlíky, ten se rozpadá na 2 molekuly fosfoglycerátu (3C), tento proces katalyzuje enzym RUBISCO Zpět na obrázek

Redukce: fosfoglycerát se prostřednictvím NADPH+H+ redukuje na glyceraldehyd-3-fosfát (3C) Zpět na obrázek

Regenerace akceptoru: ze dvou molekul glyceraldehyd-3-fosfátu (3C) vzniká glukosa-6-fosfát, zbylých 10 molekul glyceraldehyd-3-fosfátu (10krát 3C) se přeskupí na 6 molekul ribulosa-1,6-bisfosfátu (6krát 5C) celý cyklus tedy musí proběhnout 6krát, aby se získala 1 molekula glukosy. Zpět na obrázek

Fotorespirace Enzym RUBISCO, který katalyzuje vazbu CO2 na akceptor, může katalyzovat také vazbu O2 na akceptor. CO2 a O2 tedy soutěží jako substráty pro tento enzym. V případě nízké koncentrace CO2 se váže na akceptor přednostně O2 a rostlina spotřebovává kyslík a produkuje CO2. Tento proces chrání rostlinu před poškozením fotosyntetických systémů při nedostatku CO2 a nadbytku energie.

Alternativní cesty fixace CO2 C4-rostliny CAM-rostliny

C4-rostliny rostou v oblastech s intenzivním slunečním zářením a menšími srážkami. Fixují CO2 na 3uhlíkatý akceptor, čímž vznikne 4uhlíkatá sloučenina. Ta teprve uvolňuje CO2 do Calvinova cyklu. Účinnost fixace se tím zvyšuje a rostlina si může dovolit mít uzavřenější průduchy a tím šetřit vodou. Patří sem např. kukuřice nebo cukrová třtina.

CAM-rostliny patří do čeledi Crassulaceae a rostou ve velmi suchých a teplých oblastech. Mají časově oddělen proces fixace a zpracování CO2. V noci, kdy je chladněji a vyšší vlhkost vzduchu, mají otevřené průduchy a fixují CO2 na 3uhlíkatý akceptor, vzniká 4uhlíkatá sloučenina, kterou transportují do vakuol. Ve dne mají průduchy zavřené, aby neztrácely vodu a zpracovávají CO2 uvolněný ze 4uhlíkaté sloučeniny v Calvinově cyklu.