Fotosyntéza II Jiří Šantrůček Úvod: Růst podmíněn výměnou látek v

Prezentace na téma: "Fotosyntéza II Jiří Šantrůček Úvod: Růst podmíněn výměnou látek v"— Transkript prezentace:

1 Fotosyntéza II Jiří Šantrůček Úvod: Růst podmíněn výměnou látek v
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Fotosyntéza II Úvod: Růst podmíněn výměnou látek v uzavřeném cyklu (biogeochemické cykly – nutný vstup energie) Pro to, aby živé organismy dokončily svůj reprodukční cyklus, musí růst, vyvíjet se… Podmínkou růstu je výměna látek s okolím uskutečňovaná formou biogeochemických cyklů. Jiná (otevřená) forma není možná protože je objem látek omezený. K tomu, aby mohy cykly běžet, je třeba dodat energii. Zvyšující se entropie by jinak vedla k tomu, že by se cykly zastavily. Minule jsme mluvili o produkci energetických látek, které jsou primárním zdrojem energie pro vše živé, a které jsou produkty konverze sluneční energie do energie chemické. Dnes budeme povídat o tom, jak se tato ze slunce zachycena energie předává v koloběhu látek dál, o produkci cukrů. Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity, Katedra fyziologie rostlin a BC AV ČR, Ústav molekulární biologie rostlin, České Budějovice Jiří Šantrůček

2 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Vše pochází ze slunce …

3 Člověk když jí, tak roste. Ale z čeho roste strom …? Co jí ?
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Člověk když jí, tak roste. Ale z čeho roste strom …? Co jí ? Opět trocha historie na začátek. Otázky, které si kladly ti před námi a jejich odpovědi. Z vody.

4 Také vyměňuje něco se vzduchem (flogiston) 1770
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Joseph Priestley ( ) anglický chemik, filozof, duchovní a pedagog. Proslavil se jako objevitel oxidu uhličitého a spoluobjevitel kyslíku. Hájil flogistonovou teorii. Flogiston=substance, která ozdravuje vzduch „vitiated by animal respiration“ Ale nejen z vody … Také vyměňuje něco se vzduchem (flogiston) 1770 O sto šedesát let později : Ingen-Housz: jen zelené části rostlin mají tuto schopnost (1779) Liebig (německý chemik, 1840): jediným zdrojem uhlíku pro rostliny je CO2 v atmosféře

5 (Jaké látky z okolí jsou potřeba k fotosyntéze ?)
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Z čeho roste strom? (Jaké látky z okolí jsou potřeba k fotosyntéze ?)

6 Asimilace CO2 rostlinami
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Asimilace CO2 rostlinami Malvin Calvin, Andrew Benson a James A. Bassham „Lízátko“ pánů Malvin Calvin, Andrew Benson a James A. Bassham. Padesátá léta 20. století. Objev cyklu fixace uhlíku do tříuhlíkatých cukrů (triózofosfáty) - Calvinův cyklus. První stabilní produkt 3-fosfoglycerová kyselina (3-PGA). M. Calvin ( ) Nobelova cena za chemii 1961

7 Calvin-Bensonův cyklus
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Calvin-Bensonův cyklus (PCR)

8 Fotosyntetické procesy v chloroplastech - souhrn
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Fotosyntetické procesy v chloroplastech - souhrn

9 Schéma a stechiometrie Calvinova cyklu
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Schéma a stechiometrie Calvinova cyklu Tři fáze Calvinova cyklu: karboxylace, redukce a regenerace RUBP. Energetická potřeba pro fixaci jedne molekuly CO2 jsou 3 ATP a 2 NADPH (na tři molekuly CO2, a tedy jedny nově vytvořenou triózu je to trojnásobek). Z cyklu odchází trióza - fosfogyceraldehyd (GAP) Jaká je energetická potřeba pro fixaci jedné molekuly CO2? Která fáze je energeticky nejnáročnější?

10 V jaké látce dále využitelné v metabolismu se prvně objeví
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF V jaké látce dále využitelné v metabolismu se prvně objeví nově asimilovaný uhlík?

11 Všimněte si jak se strukturou molekuly
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Všimněte si jak se strukturou molekuly liší první a konečný produkt redukční fáze Calvinova cyklu.

12 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Ale co enzymy?

13 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Rubisco

14 Russia Bisquit Company ?
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Russia Bisquit Company ? Rubisco Rubisco z 8 malých podjednotek (červeně, viditelné 4) a osmi velkých podjednotek (modře a zeleně dimery). Katalytické centrum je na velkých, které jsou kódovány v DNA chloroplastu. Malé jsou kódované v jádře. Je to nejčetnější protein na Zemi. (Na každého z nás lidí prý připadá 10 kg dusíku, který je „angažován“ v Rubisco) Ribulosa-1,5-bisfosfát karboxyláza oxygenáza (Rubisco). Karboxylační enzym rozpuštěný ve stromatu chloroplastů. Nejvíce zastoupený enzym v chloroplastech, rostlinách a patrně i v celé biosféře Země. L podjednotka 56 kD, kódována v chloroplastu. S podjednotka má 14 kD a je kódována v jádře, transportována do chloroplastu, kde se sestavuje celý enzym. Jeden ze tří enzymů unikátní Calvinovu cyklu (a rostlinám). Má také oxygenázovou aktivitu. Substrátem pro obě aktivity je pentóza ribulóza-1,5-bisfosfát (RUBP). Je velmi pomalý v asimilaci CO2 (jednotky obratů za sekundu)

15 1. 3. 2. Tři kroky nutné pro to, aby Rubisco
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Tři kroky nutné pro to, aby Rubisco mohla karboxylovat RuBP (aktivace). Odštěpení fosforylovaného cukru 1. 3. Vazba Mg karbamylace na lyzinu v RC 2.

16 Fotorespirace Na Rubisco soutěží o vazbu CO2 a kyslík
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Fotorespirace Na Rubisco soutěží o vazbu CO2 a kyslík (Karboxylace nebo Oxygenace) CO2 O2 PCR cyklus Glykolátový cyklus CO2

17 První stabilní produkty oxygenace
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF První stabilní produkty oxygenace Rubisco katalyzuje jak karboxylaci, jejímž prvním stabilním produktem jsou dvě molekuly 3-PGA (3-fosfogycerová kyselina), tak oxygenaci, která vede k produkci fosfogykolátu a molekuly 3-PGA. 3-PGA jde dále do Calvinova cyklu k syntéze šestiuhlíkatých cukrů - hexóz. Fosfogykolát se zpracovává v tzv. glykolátovém cyklu v procesu nazývaném fotorespirace. Ten probíhá kromě chloroplastů v peroxyzómech, a mitochondriích. První stabilní produkty asimilace CO2

18 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF

19 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF

20 Co je důsledkem oxygenační aktivity Rubisco ?
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Co je důsledkem oxygenační aktivity Rubisco ?

21 CO2 koncentrační mechanismy,
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF CO2 koncentrační mechanismy, C4, CAM Kde v přírodě mají (měly) rostliny málo CO2 ?

22 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF PEP-karboxyláza CO2 rubisco

23 Objev C4 mechanismu fotosyntetické asimilace CO2
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Objev C4 mechanismu fotosyntetické asimilace CO2 věnčitá anatomie (1905) Kortschak (1950) Hatch, Slack ( )

24 Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách

25 Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách

26 C4 fotosyntéza bez věnčité anatomie listu?
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF C4 fotosyntéza bez věnčité anatomie listu?

27 C4 fotosyntéza a změny CO2 v atmosféře: čím více tím hůře
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF C4 fotosyntéza a změny CO2 v atmosféře: čím více tím hůře

28 Jaký je klíčový enzym C4 fotosyntézy ?
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Jaký je klíčový enzym C4 fotosyntézy ? Jaké ekologické prostředí preferují C4 rostliny?

29 Crasulaceae Acid Metabolism
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF CAM rostliny Crasulaceae Acid Metabolism

30 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF CAM rostliny

31 Produkce cukru a škrobu, asimiláty
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Produkce cukru a škrobu, asimiláty

32 Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF

33 Faktory prostředí a fotosyntéza
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF Faktory prostředí a fotosyntéza

34 Světelná křivka fotosyntézy
Přednášky ZS_ Fyziologie rostlin_PF CO2 křivka fotosyntézy Světelná křivka fotosyntézy