Fotosyntéza

Fotosyntéza

Rastliny sú schopné premeniť anorganické látky (oxid uhličitý a voda) do organického cukru.

Biológia

Kľúčové slová

Fotosyntéza, Svetelná fáza, Tmavá fáza, chloroplast, katabolický proces, autotróf, list, svetlo, slnečné svetlo, kyslík, organický materiál, oxid uhličitý, glukóza, slnečná energia, voda, produkcia kyslíka, viazanie oxidu uhličitého, vnútorná membrána, granum, tylakoid, matrix, Fotosystém II, Fotosystém I, fotosyntetické pigmenty, ATP, ATPáza, elektrónový transportný reťazec, glycerová kyselina-3-fosfát, glyceraldehyd 3-fosfát, ribulosa-1,5-difosfát, premena energie, Kroky, fotón, atmosferické plyny, uhľohydrát, Slnko, metabolizmus, rastlina, biochémie, biológia, _javasolt

Súvisiace extra

Scénky

Princíp fotosyntézy

  • CO₂ - Oxid uhličitý. Anorganická molekula, z ktorej rastlina vyrobí organickú molekulu: cukor. Rastliny sú autotrofné organizmy: sú schopné anorganické látky premieňať na organické. Heterotrofné organizmy (zvieratá, huby) túto schopnosť nemajú.
  • O₂ - Vedľajší produkt fotosyntézy. Na našej Zemi je kyslík potrebný pre heterotrofné organizmy produkovaný prostredníctvom fotosyntézy.
  • svetlo - Jeho častice sú fotóny. Rastlina pomocou energie fotónov vyrába z anorganického CO₂ organický cukor.
  • C₆H₁₂O₆ - Hroznový cukor (glukóza). Rastliny ho vyrábajú z CO₂, pričom využívajú svetelnú energiu.
  • H₂O - Rastliny absorbujú vodu z pôdy. Počas fotosyntézy sa rozloží na kyslík, protóny (H⁺) a elektróny (e⁻).

Štruktúra listu

  • cievne zväzky: drevná časť - Prepravuje vodu a minerálne soli. Rastlina rozkladá vodu počas fotosyntézy na kyslík, protóny (H⁺) a elektróny (e⁻).
  • cievne zväzky: lyková časť - Prepravuje organické látky rozpustené vo vode. Cukry vyrobené počas fotosyntézy sú prepravované do ostatných častí rastliny cez lykovú časť.
  • prieduch - CO₂ potrebný k fotosyntéze prebiehajúcej v asimilačnom pletive sa dostáva do listu cez prieduch. Vyrobený kyslík sa takisto vylučuje cez prieduch. Cez prieduch prebieha aj vyparovanie, preto ho rastlina vie uzatvoriť, aby predišla vyschnutiu.
  • asimilačné pletivo - Jeho bunky obsahujú veľké množstvo chloroplastov, v ktorých prebieha fotosyntéza. Jeho vrchná časť má stĺpovitú a dolná časť špongiovú štruktúru.
  • pokožka - Pozostáva z jednej vrstvy buniek. Jej bunky neobsahujú chloroplasty, výnimkou sú iba zatváravé bunky prieduchov. Chráni rastlinu a prostredníctvom prieduchov zabezpečuje kontakt s prostredím.

Fotosyntéza

  • cievne zväzky: drevná časť - Prepravuje vodu a minerálne soli. Rastlina rozkladá vodu počas fotosyntézy na kyslík, protóny (H⁺) a elektróny (e⁻).
  • cievne zväzky: lyková časť - Prepravuje organické látky rozpustené vo vode. Cukry vyrobené počas fotosyntézy sú prepravované do ostatných častí rastliny cez lykovú časť.
  • prieduch - CO₂ potrebný k fotosyntéze prebiehajúcej v asimilačnom pletive sa dostáva do listu cez prieduch. Vyrobený kyslík sa takisto vylučuje cez prieduch. Cez prieduch prebieha aj vyparovanie, preto ho rastlina vie uzatvoriť, aby predišla vyschnutiu.
  • mezofylová bunka - Obsahuje veľké množstvo chloroplastov, v ktorých prebieha fotosyntéza.
  • CO₂ - Oxid uhličitý. Anorganická molekula, z ktorej rastlina vyrobí organickú molekulu: cukor. Rastliny sú autotrofné organizmy: sú schopné anorganické látky premieňať na organické. Heterotrofné organizmy (zvieratá, huby) túto schopnosť nemajú.
  • O₂ - Vedľajší produkt fotosyntézy. Na našej Zemi je kyslík potrebný pre heterotrofné organizmy produkovaný prostredníctvom fotosyntézy.
  • svetlo - Jeho častice sú fotóny. Rastlina pomocou energie fotónov vyrába z anorganického CO₂ organický cukor.
  • C₆H₁₂O₆ - Hroznový cukor (glukóza). Rastliny ho vyrábajú z CO₂, pričom využívajú svetelnú energiu.
  • H₂O - Rastliny absorbujú vodu z pôdy. Počas fotosyntézy sa rozloží na kyslík, protóny (H⁺) a elektróny (e⁻).

Bunka

  • Golgiho aparát - Zohráva dôležitú úlohu v rámci dozrievanie bielkovín.
  • endoplazmatické retikulum - Vnútrobunkový, zložitý membránový systém. Zohráva dôležitú úlohu v rámci syntézy bielkovín, dozrievania bielkovín, syntézy lipidov a rozkladu niektorých látok.
  • vezikula - V bunke sú jednotlivé látky prepravované v membránovom vačku - vezikule. Jedným typom vezikúl je lyzozóm, v ktorom prebieha trávenie látok a rozklad odpadu.
  • cytoplazma
  • vakuola - Dutina vyplnená bunkovou šťavou. Reguluje vnútorný tlak bunky, vylučuje a uskladňuje niektoré látky.
  • chloroplast - Prebieha v ňom fotosyntéza: rastlina vyrába z oxidu uhličitého cukor, pričom využíva energiu slnečného svetla.
  • bunková stena - Tvorí ju celulóza. Chráni bunku, udržiava jej tvar a spevňuje rastlinné pletivá.
  • bunkové jadro - Tvorí ho chromatín, ktorý je kombináciou DNA a bielkovín. Bunky živočíchov, rastlín a húb sú ekaryotické, t.j. majú bunkové jadro. Prokaryotické bunky (baktérie) nemajú bunkové jadro, ich DNA sa nachádza v cytoplazme.
  • bunková membrána - Lipidová membrána pokrývajúca bunku.
  • kostra bunky - Zodpovedá za umiestnenie a pohyb organel, respektíve - v živočíšnych bunkách, ktoré nemajú bunkovú stenu - za udržiavanie tvaru.
  • mitochondria - "Elektrárne" bunky: prostredníctvom rozkladu organických molekúl produkujú ATP. ATP je molekulou pre energetické zásobovanie bunky.

Svetelná fáza

  • chloroplast - Prebieha v ňom fotosyntéza: využitím svetelnej energie vzniká z CO₂ hroznový cukor. Má dvojitú membránu: vnútorná membrána obsahuje enzýmy potrebné pre fotosyntézu.
  • vnútorná membrána - Invaginácie tejto membrány vytvárajú tylakoidy v tvare disku. Tie obsahujú kľúčové enzýmy svetelnej fázy fotosyntézy. Tylakoidy poukladané na seba vytvárajú stĺpovité granum.
  • granum
  • tylakoid
  • matrix
  • membrána tylakoidu - Obsahuje kľúčové enzýmy svetelnej fázy fotosyntézy.
  • dutina tylakoidu
  • Fotosystém II - Skladá sa z bielkovín a pigmentov pohlcujúcich svetlo. Pohlcuje svetlo s vlnovou dĺžkou 680 nm. Jeho pigmenty sú: chlorofyl a, chlorofyl b a xantofyl. Centrálnym pigmentom jeho reakčného centra je chlorofyl a. Keď chlorofyl a pohltí fotón, dostane sa do excitovaného stavu a uvoľní elektrón, ktorý sa dostane do elektrónového transportného systému.
  • Fotosystém I - Skladá sa z bielkovín a pigmentov pohlcujúcich svetlo. Pohlcuje svetlo s vlnovou dĺžkou 700 nm. Jeho pigmenty sú: chlorofyl a, chlorofyl b a karotén. Centrálnym pigmentom jeho reakčného centra je chlorofyl a. Keď chlorofyl a pohltí fotón, dostane sa do excitovaného stavu a uvoľní elektrón. Fotosystém I tento elektrón nahradí elektrónom, ktorý príjme z elektrónového transportného reťazca.
  • e⁻
  • H₂O - Rastliny absorbujú vodu z pôdy. Počas fotosyntézy sa rozloží na kyslík, protóny (H⁺) a elektróny (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Vedľajší produkt fotosyntézy. Na našej Zemi je kyslík potrebný pre heterotrofné organizmy produkovaný prostredníctvom fotosyntézy.
  • PQ - Plastochinón. Prepravuje elektróny uvoľnené fotosystémom II k cytochrómovému komplexu.
  • cyt - Cytochrómový komplex. Nachádzajú sa v ňom bielkoviny s obsahom železa. Príjme elektróny od PQ a dopraví ich k PC, pričom cez membránu pumpuje H⁻ do dutiny tylakoidu.
  • PC - Plastocyanín. Prijíma elektróny od cytochrómového komplexu a dopraví ich do fotosystému I.
  • Fd - Ferredoxín. Prijíma elektróny z fotosystému I a odovzdá ich molekule FNR.
  • FNR - Ferredoxín NADP reduktáza. Prepravuje elektróny medzi ferredoxínom a NADP, t.j. redukuje NADP.
  • fosfát
  • ADP
  • ATP - Vzniká spojením ADP a fosfátu. Je hlavnou molekulou, ktorá zásobuje bunky energiou. V tmavej fáze vzniká z anorganického oxidu uhličitého organický cukor použitím ATP.
  • NADP - Redukuje sa na NADPH prijatím e⁻ z FNR a H⁺ prechádzajúceho cez ATPázu.
  • NADPH
  • ATPáza - Enzýmová bielkovina produkujúca ATP. H⁺ ióny cez ňu prechádzajú z vnútornej strany membrány tylakoidov na vonkajšiu stranu. H⁺ sa snažia dostať z vnútornej strany von kvôli veľkej koncentrácii H⁺ a prebytku kladného náboja. Počas ich prechodu cez ATPázu sa uvoľňuje energia, ktorá sa využíva na tvorbu ATP.
  • elektrónový transportný reťazec - Excitované e⁻ fotosystému II sa cez elektrónový transportný reťazec dostávajú do fotosystému I. Zatiaľ cez membránu prechádzajú H⁺ a nahromadia sa vo vnútri tylakoidu.
  • Hnacia sila iónov H⁺

Tmavá fáza

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Molekula cukru s 5 uhlíkovými atómami (pentóza-bisfosfát)
  • CO₂ - Oxid uhličitý. Anorganická molekula, z ktorej rastlina vyrobí organickú molekulu: cukor. Zvyšuje počet uhlíkových atómov cukru s 5 uhlíkovými atómami. Enzýmová bielkovina (Rubisco) katalyzujúca zabudovanie uhlíka je kľúčovým enzýmom reakcií prebiehajúcich v tmavej fáze.
  • 3C
  • 3C - Molekula s 3 uhlíkovými atómami (glyceraldehyd-3-fosfát)
  • 6C (glukóza) - Produkt fotosyntézy, ktorý vzniká z cukru s 5 uhlíkovými atómami a anorganického oxidu uhličitého s 1 uhlíkovým atómom. Rastlina ju používa v ďalších metabolických procesoch na syntézu škrobu, respektíve v rámci rozkladných procesov na tvorbu ATP.
  • fixácia CO₂, tvorba kyseliny 3-fosfoglycerovej - Kľúčová reakcia tmavej fázy. Tu sa zabuduje anorganický oxid uhličitý do organickej molekuly cukru. Podstatou autotrofných procesov je, že z anorganickej látky vzniká organická. Počet uhlíkových atómov sa v prípade každej molekuly zvýši z 5 na 6, produktom sú dve molekuly kyseliny 3-fosfoglycerovej s 3 uhlíkovými atómami. Reakciu katalyzuje enzým Rubisco.
  • Tvorba kyseliny 1,3-bisfosfoglycerovej - Kyselina 3-fosfoglycerová s 3 uhlíkovými atómami sa s využitím ATP premení na kyselinu 1,3-bisfosfoglycerovú.
  • Tvorba glyceraldehyd-3-fosfátu - Kyselina 1,3-bisfosfoglycerová s 3 uhlíkovými atómami sa premení na glyceraldehyd-3-fosfát tiež s 3 uhlíkovými atómami. K reakcii je potrebné NADPH, z molekuly sa uvoľní anorganický fosfát (pre zjednodušenie toto nie je uvedené v animácii).
  • Výstup glyceraldehyd-3-fosfátu z cyklu - Zo šiestich glyceraldehyd-3-fosfátov jeden opustí cyklus a bunka ho použije na tvorbu glukózy.
  • Tvorba ribulózy-1,5-bisfosfátu - V niekoľkých krokoch, v reakciách katalyzovaných enzýmami, využitím ATP sa molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu s 3 uhlíkovými atómami menia na pentózu-bisfosfát (ribulózu-1,5-bisfosfát) s 5 uhlíkovými atómami.Toto nazývame aj regeneráciou ribulózy-1,5-bisfosfátu. Cyklus sa začína odznova.

Umelý list

  • nitridový polovodič - Lacný polovodič so širokým využitím. Rozkladá vodu pomocou svetelnej energie. Toto zodpovedá svetelnej fáze fotosyntézy.
  • kovový katalyzátor - Katalyzuje redukciu oxidu uhličitého. Toto zodpovedá tmavej fáze fotosyntézy. Z oxidu uhličitého vytvára organickú látku (kyselinu mravčiu).
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (kyselina mravčia)

Animácia

Rozprávanie

Počas fotosyntézy rastlina vyrába pomocou slnečnej energie z anorganického oxidu uhličitého organickú látku - glukózu. V rámci tohto procesu vzniká aj kyslík.

Fotosyntéza prebieha v zelených častiach rastliny: v listoch a často aj v mäkkej stonke. Zelenú farbu spôsobuje asimilačné pletivo, ktorého bunky obsahujú veľké množstvo fotosyntetizujúcich chloroplastov.

Chloroplasty majú dvojitú membránu. Vnútorná membrána vytvára tylakoidy v tvare disku, ktoré poukladané na seba vytvárajú stĺpovité granum. Membrána tylakoidov obsahuje kľúčové enzýmy svetelnej fázy fotosyntézy.

Najdôležitejšie z nich sú dva fotosystémy a elektrónový transportný reťazec.
Vo fotosystémoch sa nachádzajú pigmenty naviazané na bielkoviny, ktoré pohlcujú svetlo. Spomedzi nich je najdôležitejší chlorofyl.

Molekuly centrálneho chlorofylu a fotosystému II sú excitované fotónmi a uvoľňujú elektróny. Tieto elektróny sa dostávajú do elektrónového transportného systému. Oxidovaný chlorofyl s elektrónovým deficitom si elektróny doplní z molekuly vody, tento proces je štiepenie vody: kyslíky molekúl vody sa zjednotia do kyslíkových molekúl a protóny sa zhromaždia na vnútornej strane.
Prvým článkom elektrónového transportného reťazca je plastochinón, ktorý odovzdáva elektróny cytochrómovému komplexu. Cytochróm je bielkovina s obsahom železa, ktorá odovzdáva elektróny plastocyanínu, pričom na vnútornú stranu pumpuje ďalšie protóny.
Elektróny sa z elektrónového transportného reťazca dostávajú do fotosystému I. Centrálna chlorofylová molekula fotosystému I je v stave elektrónového deficitu, nakoľko predošle pôsobením fotónov uvoľnila elektróny. Uvoľnené elektróny sa prostredníctvom ferredoxínových molekúl dostávajú na ferredoxín NADP reduktázu. V svetelnej fáze sa na vnútornej strane nahromadia protóny, narastá protónová koncentrácia, respektíve vzniká prebytok kladného náboja. To vytvára von smerujúcu hnaciu silu. Protóny môžu prúdiť smerom von cez ATPázu, pričom sa uvoľňuje energia, nakoľko sa systém dostáva zo stavu vyššej energie do stavu nižšej energie kvôli vyrovnaniu náboja a koncentrácie. Uvoľnená energia sa použije na tvorbu ATP. Uvoľnené protóny a elektróny prijíma NADP a vzniká NADPH.
Zhrnutie: Energia fotónov spôsobuje nerovnomerné rozloženie protónov. To vytvára hnaciu silu, ktorá sa použije na tvorbu ATP.

Reakcie tmavej fázy si nevyžadujú svetlo. V tejto fáze dochádza k zabudovaniu oxidu uhličitého do organických zlúčenín, pričom sa využíva energia ATP vyprodukovaného v svetelnej fáze a vodíky NADPH.
Začnime s 3 molekulami cukru s 5 uhlíkovými atómami. Dokopy majú 15 uhlíkových atómov. Enzýmová bielkovina zabuduje do každej molekuly cukru jeden oxid uhličitý, pričom sa produkty rozštiepia. Takto vznikne 6 molekúl s 3 uhlíkovými atómami: celkový počet uhlíkových atómov sa zvýši na 18. Potom použitím 1 NADPH a 1 ATP v prípade každej molekuly vznikne glyceraldehyd-3-fosfát. Jeden z nich opustí cyklus, kým ostatné využitím 3 ATP sa premenia späť na 3 cukry s 5 uhlíkovými atómami a celý cyklus sa začne odznova.
To znamená, že využitím ATP a NADPH vytvorených v svetelnej fáze sa v cykle uvoľnila jedna molekula s 3 uhlíkovými atómami. V dvoch takýchto cykloch vzniknú dve molekuly s 3 uhlíkovými atómami, ktoré keď sa spoja, vytvoria glukózu so 6 uhlíkovými atómami. Zo vzniknutej glukózy si rastlina vytvorí zásobu živín, škrob, respektíve ju použije na tvorbu ATP v katabolických procesoch.

Prebiehajú experimenty, ktoré majú viesť k vytvoreniu umelých fotosyntetizujúcich systémov. V umelom liste reakcie svetelnej a tmavej fázy sa uskutočňujú oddelene v dvoch nádobách. Svetelné reakcie prebiehajú na nitridovom polovodiči, ktorý rozkladá vodu, keď je vystavený svetlu. Kyslík sa uvoľňuje vo forme bubliniek, protóny a elektróny sa dostávajú do druhej nádoby, pričom transfer elektrónov sa uskutočňuje cez vedenie. V tejto nádobe prebiehajú reakcie tmavej fázy. Tu vzniká pomocou kovového katalyzátora z oxidu uhličitého a vody kyselina mravčia. Tento systém umožňuje využitie energie slnečného svetla. Okrem toho môže umožniť zníženie množstva oxidu uhličitého v atmosfére, čo by pomohlo zmierniť skleníkový efekt.

Súvisiace extra

Chlorofyl

Chlorofyl je zelené farbivo nájdené v rastlinách, ktoré hrá dôležitú úlohu pri fotosyntéze.

Kolobeh kyslíka

Kyslík je nevyhnutným životným prvkom pre väčšinu organizmov. Na Zemi je v neustálom kolobehu.

Skleníkový efekt

Ľudská činnosť zvyšuje skleníkový efekt a vedie ku globálnemu otepľovaniu.

Enzýmy

Enzýmy sú molekuly proteínu katalyzujúce biochemické reakcie. Ich aktivita môže byť regulovaná.

Transportné procesy

Táto animácia zobrazuje aktívne a pasívne transportné procesy prebiehajúce cez bunkové membrány.

Znečistenie ovzdušia

Táto animácia nám predstaví hlavné zdroje znečistenia ovzdušia v priemysle, poľnohospodárstve a v mestách.

ADP, ATP

ATP je hlavným zdrojom energie pre bunky.

Kolobeh uhlíka

Počas fotosyntézy je uhlík viazaný v organickej hmote, zatiaľ čo počas dýchania sa uvoľní do atmosféry.

Kvet

Animácia prezentuje štruktúru typického kvetu.

Kyslík (O₂) (stredný stupeň)

Kyslík je na Zemi najrozšírenejším prvkom.

Meňavka veľká

V sladkej vode žijúce heterotrofné jednobunkové organizmy, ktorých tvar sa neustále mení.

Nika

Termín v ekológií, ktorý popisuje spôsob života druhu.

Odlesňovanie

Ničenie lesov má mnoho negatívnych dopadov na životné prostredie.

Povrchové napätie

Povrchové napätie je charakteristickou vlastnosťou kvapalín, ktorá im umožňuje nadobudnúť tvar s najmenším možným povrchom.

Semená a klíčenie

Dvojklíčnolistové rastliny majú zárodok s dvoma klíčnymi listami, jednoklíčnolistové s jedným.

Slnko

Priemer Slnka je asi 109 násobok priemeru Zeme. Väčšina z jeho hmotnosti sa skladá z vodíka.

Stavba listu

Animácia zobrazuje hlavné typy listov a rozdiel medzi listami jednoklíčnolistových a dvojklíčnolistových rastlín.

Vegetatívne orgány rastlín

Orgány, ktoré rastlina potrebuje k svojmu prežitiu a vývoju.

Eugléna zelená (Euglena viridis)

Jednobunkovce schopné autotrófnej a heterotrófnej fotosyntézy žijúce v sladkých vodách.

Porovnanie jednoklíčnolistových a dvojklíčnolistových rastlín

Krytosemenné rastliny rozdeľujeme do dvoch skupín: na jednoklíčnolistové a dvojklíčnolistové rastliny.

Added to your cart.