Fotosyntéza: Porovnání verzí

Smazaný obsah Přidaný obsah
m Editace uživatele 86.49.134.202 (diskuse) vráceny do předchozího stavu, jehož autorem je Martin Urbanec
JAnDbot (diskuse | příspěvky)
m Robot: přidáno {{Autoritní data}}; kosmetické úpravy
Řádek 1:
[[Soubor:Fotosyntéza.svg|náhled|Základní průběh fotosyntézy]]
[[Soubor:Leaf 1 web.jpg|thumbnáhled|Zelený [[list]] – fotosyntéza probíhá v listech [[Rostliny|rostlin]] za pomoci zeleného barviva – [[chlorofyl]]u]]
'''Fotosyntéza''' (z [[řečtina|řeckého]] ''fós'', ''fótos'' – „světlo“ a ''synthesis'' – „shrnutí“, „skládání“) nebo také '''fotosyntetická asimilace''' je složitý [[biochemický proces]], při kterém se mění přijatá [[energie]] [[světlo|světelného záření]] na [[chemická energie|energii chemických vazeb]]. Využívá světelného, např. slunečního, záření k&nbsp;tvorbě (syntéze) [[chemická energie|energeticky]] bohatých organických [[Chemická sloučenina|sloučenin]] – [[Sacharidy|cukrů]] – z&nbsp;jednoduchých anorganických látek – [[Oxid uhličitý|oxidu uhličitého]] (CO<sub>2</sub>) a [[Voda|vody]]. Fotosyntéza má zásadní význam pro [[život]] na [[Země|Zemi]].
 
Řádek 35:
 
=== Rovnice ===
[[Soubor:Stephen Hales.jpg|thumbnáhled|rightvpravo|[[Stephen Hales]], (1677–1761)]]
V roce [[1648]] vlámský lékař [[Jean-Baptiste van Helmont]] napsal, že při vypěstování vrby z&nbsp;výhonků v&nbsp;květináči se nepatrně změnila [[hmotnost]] zeminy. Ačkoliv ještě neexistoval [[zákon zachování hmotnosti]], usoudil, že hmotnost rostliny se zvětšila o přijatou vodu. Dále v&nbsp;roce [[1727]] usoudil [[Stephen Hales]], že rostliny berou část své hmoty také ze vzduchu.
 
Řádek 101:
 
== Fotosyntetický systém buňky ==
[[Soubor:Plagiomnium affine laminazellen.jpeg|rightvpravo|thumbnáhled|Chloroplasty [[Měřík příbuzný|měříku příbuzného]] v&nbsp;optickém mikroskopu.]]
Fotosyntéza probíhá v&nbsp;[[chloroplast]]ech [[Eukaryota|eukaryotních buněk]] a v&nbsp;[[chromatofor]]ech [[prokaryota|prokaryot]]. Chloroplasty jsou [[plastid]]y v&nbsp;[[Cytoplazma|cytoplazmě]] rostlin (především v&nbsp;listech) obsahujících [[Asimilace (biologie)|asimilační]] barviva, ve kterých probíhá fotosyntéza. Mají dvojitou [[Biologická membrána|membránu]], obsahují vlastní [[DNA]] a [[ribozom]]y. Obvykle jsou zeleně zbarveny díky [[chlorofyl]]u. V&nbsp;základní plazmatické hmotě chloroplastů ([[stroma]]tu) jsou malé, okrouhlé, na sebe navrstvené destičky (grana), která tvoří soubor uzavřených dvojitých lamel ([[thylakoid]]ů) obsahujících ''[[Fotosyntetický pigment|fotosyntetická barviva]]'' (pigmenty).
 
Řádek 134:
 
==== Absorpce fotonů ====
[[Soubor:Excited states of chlorophyll (cs).svg|thumbnáhled|rightvpravo|''Excitační stavy [[chlorofyl]]u a přechod mezi nimi:'' Pohlcením modrého světla přejde chlorofyl do druhého excitačního stavu, absorpcí červeného do prvního excitovaného stavu. Energii druhého excitovaného stavu však nedokáže využít a přechází z&nbsp;něj do prvního excitovaného stavu. Jeho energie může být poté vyzářena, ale většina je využita k&nbsp;fotochemickým reakcím.]]
[[Soubor:Chloroplasts - diffusion of photons.svg|thumbnáhled|rightvpravo|Tok energie komplexu světlosběrné antény: Excitace (žluté kroužky) vybuzená pohlcením [[foton]]u se přenáší mezi anténními barvivy (světle zelené kroužky), dokud se nedostane do reakčního centra (tmavě zelené kroužky) nebo je [[Luminiscence|fluorescencí]] vyzářena (méně časté).]]
 
Zachycením světla rostlinným [[pigment]]em začíná vlastní proces fotosyntézy, který spotřebuje energii světelného kvanta a přemění ji na energii [[chemická vazba|chemické vazby]]. [[vlnová délka|Vlnové délky]] viditelného světla mají hodnoty v&nbsp;intervalu 380–760&nbsp;[[Metr#Nanometr|nm]]. Fotosyntéza zelených rostlin využívá [[světlo]] v&nbsp;rozsahu pouze 400–750&nbsp;nm. Tomuto světlu se říká ''fotosynteticky aktivní záření'' (ve zkratce FAR nebo PhAR).<ref name="Šebánek (1983) 151-152">{{Citace monografie
Řádek 202:
: <math>\mathsf{2\,NADP^+ + 2\,H_2O\ \to\ 2\,NADPH + 2\,H^+ + O_2\qquad} E^0=-1{,}135\ \mathrm V</math>
 
[[Soubor:Z-scheme (cs).svg|framerám|centerstřed|''Z-schéma světelné fáze:'' přenos elektronů získaných fotolýzou vody elektronovými přenašeči za pomoci energie získané fotosystémy I a II absorpcí světla.]]
 
Reakce [[fotosystém II|fotosystému&nbsp;II]] a fotosystému&nbsp;I dohromady umožňují přemístit 1 elektron a spotřebují 2 fotony. Na vznik jedné molekuly [[kyslík]]u je potřeba uvolnit a přemístit 4 elektrony (2 pro každý atom) a je tedy potřeba 8 fotonů (2 na každý elektron). Na syntézu jednoho molu [[glukóza|glukózy]] je potřeba 6 × 8 = 48 molů fotonů, což odpovídá energii 8440,6&nbsp;kJ/mol. Z&nbsp;[[glukóza|glukózy]] se ale uvolní pouze 2884,5&nbsp;kJ/mol, účinnost fotosyntézy je tedy 34,2 % (2884,4 × 100 % : 8440,6).<ref>{{Citace monografie
Řádek 228:
}}</ref> ve vzbuzeném (excitovaném) okolo 0&nbsp;eV. Pohlcením světla se P680 excituje na P680<sup>*</sup>. Následně je vymrštěn [[elektron]], který velmi rychle přejde na ''feofytin&nbsp;a'' (Pheo&nbsp;a – chlorofyl&nbsp;a, ve kterém je [[hořčík|Mg]]<sup>2+</sup> nahrazen 2&nbsp;[[vodík|H]]<sup>+</sup>) a poté [[Redoxní reakce|zredukuje]] [[plastochinon]] (PQ) na plastochinol (PQH<sub>2</sub>), ze kterého přejde na komplex [[cytochrom]]ů&nbsp;b<sub>6</sub>/f. Fotosystém&nbsp;II vytváří silné [[oxidační činidlo]], které je schopno [[Redoxní reakce|oxidovat]] vodu, a současně slabé [[redukční činidlo]], které [[Redoxní reakce|redukuje]] slabé oxidační činidlo z fotosystému&nbsp;I.
 
Fotooxidovaný P680<sup>+</sup> (kladný [[náboj]] je důsledkem ztráty elektronu) získá elektron zpět z&nbsp;[[Kokův cyklus|Kokova cyklu]], kde pomocí [[kyslík]] tvořícího komplexu (OEC – ''oxygen envolving complex''), který získává elektrony rozkladem [[voda|vody]]. Konkrétně oxiduje [[Ion|iontyion]]ty OH<sup>−</sup> za vzniku [[peroxid vodíku|peroxidu vodíku]], který se rozkládá na vodu a kyslík. Komplex obsahuje vázaný [[mangan]] a každý vývoj kyslíku probíhá v&nbsp;5&nbsp;stavech, které se značí S<sub>0</sub> až S<sub>4</sub>. Kroky S<sub>0</sub> až S<sub>4</sub> jsou [[redoxní reakce|oxidačně-redukční]] pochody poháněné energií fotonů, při přechodu ze stavu S<sub>4</sub> na S<sub>0</sub> se uvolní molekula [[kyslík]]u. Komplex přitom mění svoji vnitřní strukturu, pro stavy S<sub>0</sub> až S<sub>2</sub> je složení Mn<sub>4</sub>O<sub>4</sub>, pro stavy S<sub>3</sub> a S<sub>4</sub> Mn<sub>4</sub>O<sub>6</sub>. Při uvolnění molekuly O<sub>2</sub> se komplex Mn<sub>4</sub>O<sub>6</sub> přemění na Mn<sub>4</sub>O<sub>4</sub>. Ve tmě jsou reakční centra převážně ve stavu S<sub>1</sub>. Na vznik jedné molekuly O<sub>2</sub> je potřeba 8 fotonů. Přitom se do dutiny [[thylakoid]]ů uvolňují 4 protony z&nbsp;vody.
 
===== Tvorba NADPH =====
Řádek 240:
 
==== Fotofosforylace ====
[[Soubor:Thylakoid membrane (cs).png|thumbnáhled|rightvpravo|350px|Schéma [[Biologická membrána|membrány]] [[thylakoid]]ů.]]
[[Fotofosforylace]] je děj, při kterém se pomocí [[Chemiosmotická teorie|protonového gradientu]] (rozdílných koncentrací H<sup>+</sup> mezi [[stroma]]tem a [[thylakoid|thylakoidní dutinou]]) syntetizuje [[Adenosintrifosfát|ATP]]. ATP vzniká z&nbsp;ADP a P<sub>i</sub> (volného zbytku [[kyselina fosforečná|kyseliny fosforečné]] H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>) pomocí ATP-syntázy. Jako pohonný motor funguje vyrovnávání koncentrací protonů mezi stromatem a thylakoidní dutinou. ATP je sloučenina, která obsahuje [[Makroergní sloučeniny|makroergní vazby]] (vazby, při jejichž štěpení se uvolňuje velké množství energie). ATP i NADPH, které vznikají ve světelné fázi fotosyntézy, se využijí v&nbsp;temnostní fázi k&nbsp;tvorbě glukózy.
 
Řádek 260:
„Temnostní fáze“ či „sekundární děje“ jsou reakce nezávislé na světle. Sice neprobíhají ve tmě, ale nepotřebují světelnou energii. Temnostní reakce probíhají ve [[stroma]]tu a ukládají chemickou energii získanou ve světelné fázi (ve formě [[Nikotinamid adenin dinukleotid fosfát|NADPH]] a [[Adenosintrifosfát|ATP]]) fixací CO<sub>2</sub> do [[sacharidy|sacharidů]]. Jsou známy ''tři cykly fixace CO<sub>2</sub>'' – [[Calvinův cyklus|Calvinův]], [[Hatch-Slackův cyklus|Hatch-Slackův]] a [[CAM cyklus]]. S fotosyntézou souvisí také [[fotorespirace|fotorespirační cyklus]], který snižuje výnos fotosyntézy především u [[Calvinův cyklus#C3-rostliny|C<sub>3</sub>-rostlin]].
 
Různé cykly probíhají podle toho, v&nbsp;jakých rostlinách k&nbsp;nim dochází, např. C<sub>3</sub>-cyklus v&nbsp;[[Pšenice|pšenici]], [[Ječmen|ječmeniječmen]]i nebo [[Hrách setý|hrachu]] ([[mírný podnebný pás]]), C<sub>4</sub>-cyklus v&nbsp;[[Kukuřice setá|kukuřici]], [[Proso|prosu]] nebo [[Cukrová třtina|cukrové třtině]] ([[subtropický podnebný pás]]) a CAM cyklus v&nbsp;[[Kaktusovité|kaktusech]] ([[tropický podnebný pás]]).
 
==== Calvinův cyklus ====
[[Soubor:Calvin cycle (cs).svg|thumbnáhled|Náhled schématu [[Calvinův cyklus|Calvinova cyklu]] (C<sub>3</sub>-cyklus)]]
{{Viz též|Calvinův cyklus}}
 
Řádek 269:
 
==== Hatch-Slackův cyklus ====
[[Soubor:Hatch-Slack cycle (cs).svg|thumbnáhled|Náhled schématu [[Hatch-Slackův cyklus|Hatch-Slackova cyklu]] (C<sub>4</sub>-cyklus).]]
{{Viz též|Hatch-Slackův cyklus}}
 
Řádek 275:
 
==== CAM cyklus ====
[[Soubor:CAM-cycle (cs).svg|thumbnáhled|Náhled schématu [[CAM cyklus|CAM cyklu]].]]
{{Viz též|CAM cyklus}}
 
Řádek 282:
 
==== Fotorespirace ====
[[Soubor:Photorespiration cycle (cs).svg|thumbnáhled|Náhled schématu [[fotorespirace|fotorespiračního cyklu]].]]
{{Viz též|Fotorespirace}}
 
Řádek 299:
Fotosyntézu ovlivňuje [[Elektromagnetické spektrum|spektrum]] a [[Intenzita osvětlení|intenzita světelného záření]].
 
[[Soubor:Photosynthesis - light graph.png|thumbnáhled|270px|Světelná křivka fotosyntézy – závislost rychlosti fotosyntézy na intenzitě světla.]]
Spektrum vhodné pro fotosyntézu (FAR) je v rozmezí 380–760&nbsp;nm. Přechodem od červených k&nbsp;fialovým paprskům se kvantový zisk snižuje, i když se snižující se absorpce [[chlorofyl]]ů částečně kompenzuje doprovodnými [[fotosyntetický pigment|pigmenty]]. Jejich efektivnost je však menší než u chlorofylů.
Minimální [[Intenzita osvětlení|intenzita světla]] pro začátek fotosyntézy je u různých rostlin různá. Některým stačí již intenzita [[petrolejová lampa|petrolejové lampy]], [[řasy]] (''Algae'') fotosyntetizují v&nbsp;hloubce vody, kde má záření intenzitu měsíčního světla.<ref>
Řádek 321:
 
=== Koncentrace CO<sub>2</sub> ===
[[Soubor:Photosynthesis - CO2 concentration graph.png|thumbnáhled|rightvpravo|250px|Závislost rychlosti fotosyntézy na koncentraci CO<sub>2</sub>]]
Vzdušný [[oxid uhličitý]] je hlavním dodavatelem CO<sub>2</sub> pro fotosyntézu. Jeho [[Objemová koncentrace|koncentrace]] ve [[vzduch]]u kolísá od 0,02–0,03 %. Nejnižší koncentrace, při níž začíná fotosyntéza, je 0,008–0,010 %. Při zvyšování koncentrace se rychlost fotosyntézy zvyšuje. Místo, kde je příjem a výdej CO<sub>2</sub> vyrovnán, se nazývá kompenzační bod. Fotosyntéza se dále zvyšuje až do nasycení, kdy se ustálí (0,06–0,4 %). Zvyšováním za hranici 2–5 % CO<sub>2</sub> ve vzduchu fotosyntéza ustane.<ref>
{{Citace monografie
Řádek 338:
 
=== Teplota ===
[[Soubor:Photosynthesis and respiration - temperature and light graph (cs).png|thumbnáhled|rightvpravo|250px|Graf závislosti rychlosti fotosyntézy a dýchání na teplotě a intenzitě světla.]]
[[Soubor:Photosynthesis - temperature and light graph (cs).png|thumbnáhled|rightvpravo|250px|Graf závislosti rychlosti fotosyntézy na teplotě a intenzitě světla.]]
[[Soubor:Photosynthesis - temperature graph (cs).png|thumbnáhled|rightvpravo|250px|Graf závislosti rychlosti fotosyntézy na teplotě a typu rostliny.]]
Průběh reakcí obecně urychluje zvýšení [[teplota|teploty]] o 10&nbsp;°C 2–3krát.<ref name="Šebánek (1983) 166-168" /> Rychlost fotosyntézy závisí na teplotě [[exponenciální funkce|exponenciálně]] a limitujícím faktorem je [[Intenzita osvětlení|intenzita světla]]. Jelikož teplota ovlivňuje i další fyziologické pochody, je závislost fotosyntézy na ní složitá.
 
Řádek 562:
{{Nejlepší článek}}
{{Portály|Rostliny|Chemie}}
{{Autoritní data}}
 
[[Kategorie:Fotosyntéza| ]]