Všechny organické látky rostlinného těla vznikají složitými biochemickými procesy z vody, oxidu uhličitého a jednoduchých minerálních látek, které rostliny přijímají kořeny z půdy a listy ze vzduchu. Základním procesem vzniku těchto látek je fotosyntetická asimilace - fotosyntéza. Fotosyntéza sejí říká proto, že k přeměně jednoduchých minerálních látek (H20 a C02) na složitější organické látky - syntéze - využívají zelené rostliny energie fotonů viditelné části slunečního spektra, tj. fotonů vlnových délek 400 až 750 nm (viz doplněk). Tyto fotony zachycují barviva plastidů: chlorofyly a, b zachycují fotony modrofialové a červené Části spektra, fykocyan a fykoerytrin zachycují fotony zelené a žluté části spektra, xantofyly a karotenoidy zachycují fotony modrozelené části spektra. Energie fotonů, zachycených výše uvedenými asimilačními barvivy, je postupně předávána molekulám chlorofylu a, který se zachyceným fotonem excituje, tj. uvolní energeticky bohatý elektron. • Průběh fotosyntézy Fotosyntéza se skládá ze dvou fází: světlé, probíhající za přítomnosti světla, a tmavé, jejíž průběh nevyžaduje přítomnost světla. Ve světlé fázi fotosyntézy je energie fotonů využito jednak ke Štěpení molekul vody, tzv. fotolýze vody na protony, elektrony a jako vedlejší produkt vzniká kyslík: „ „ energie fotonů ___._____ HjO---► 2H+ + 2e + '/,0, chlorofyl a a jednak k tvorbě molekul ATP, které dále energeticky zabezpečují reakce probíhající v tmavé fázi. Ve tmavé fázi (Calvinovicyklu) je řadou enzymatických reakcí redukován vzdušný oxid uhličitý na cukr vodíkem, vznikajícím při fotolýze vody (viz doplněk). Souhrnně lze rovnici fotosyntézy zapsat: energie ^ 6 C02 + 12 H20-Í^Vc6Hl2Ofl+ 6 Qi + 6 H,0 asimilaCni * barviva Vznikající cukr je dalšími enzymatickými reakcemi přeměněn na stálé produkty fotosyntézy -asimiláty (Škrob, bílkoviny, tuky a jiné organické látky). • Význam fotosyntézy Je to základní proces, zabezpečující Život na Zemi, Téměř veškerá biomasa vzniká fotosyntézou ze vzdušného oxidu uhličitého. V atmosféře je obsaženo 0,03 objemového procenta C02- Odhaduje se, že ročně se fotosyntézou přemění přibližně 2 .10" tun (0,2 bilionu) oxidu uhličitého. Vzhledem k tomu, že na každých šest molekul C02 vznikne šest molekul 02, je také množství kyslíku vznikajícího při fotosyntéze obrovské. Fotosyntéza je jediný děj na Zemi, který kyslík uvolňuje. Zatímco látky (H20 a C02) neustále kolují, tok energie je jednosměrný. ZÁŘIVÁ ENERGIE i-^Ay FOTOSYNTÉZA . C02 ♦ H20 ASIMILÁTY * O; •DÝCHÁNÍ- 'I ENERGIE Z celkové sluneční energie vyzařované Sluncem do vesmíru zachytí planeta Země jednu miliard-tinu (10-9). Z ní se 40 % odrazí zpět do vesmíru (albedo). Zbytek energie stačí k udržení veškerého života, k ohřívání atmosféry a zemského povrchu. Ze světla dopadajícího na rostliny jsou jen 3 % využita na tvorbu asimilátů. Faktory ovlivňující intenzitu fotosyntézy Proces fotosyntézy a jeho intenzita je, stejně jako ostatní životní procesy rostlin, ovlivňován řadou vnitrních a vnějších vlivů (činitelů, faktorů). Z vnějších faktorů jsou to: - světlo, jeho intenzita a kvalita (nejintenzivněji probíhá fotosyntéza v červeném světle) -délka osvětlení, u nedostatečně dlouho osvětlených rostlin nastává blednutí listů -teplota, nejintenzivněji probíhá fotosyntéza u většiny rostlin v rozmezí od 25 do 30 °C - obsah C02 ve vzduchu je stálý a menší změny fotosyntézu neovlivňují. Při pokusech bylo zjištěno, že vysoký nebo naopak nízký obsah oxidu uhličitého v prostředí fotosyntézu snižuje až zastaví. - dostatek vody a minerálních látek Z vnitrních faktorů je to především množství chloroplastů v buňkách, celkový fyziologický stav rostliny a její stáří. * Shrnutí Zelené rostliny jsou organismy fotoautotrofní, protože uhlík potřebný k syntéze asimilátů získávají z oxidu uhličitého a energii potřebnou k těmto syntézám dodávají fotony slunečního záření. Energie světelná se tak přeměňuje na energii chemickou, skladovanou v chemických vazbách asimilátů. ÍÝCHj ANI Asimiláty vzniklé v rostlinných buňkách fotosyntézou mají různé funkce: stavební, zásobní, enzymatické aj. Zásobní látky jsou v případě potřeby využívány, Energie, uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována. Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy (v noci, při klíčení semen, kvetení neolistiných stromů, buňky v nezelených a neosvetlených částech rostlin -kořenech, oddencích, vnitřních částech stonků). Za těchto okolností získávají rostliny energii pro své životní funkce rozkladem zásobních látek na látky jednodušší. Tento proces se označuje jako disimilace. Jak již víme, uskladnění energie v molekule glukózy je spojeno s redukcí oxidu uhličitého. Uvolnění této energie z glukózy je spojeno s opačným procesem-její oxidací: QHiA + 6 Oj —*- 6 C02 + 6 H20 + energie Uvolněná energie je skladována v molekulách ATP (viz doplnčk str. 80), které slouží jako její přenašeči na místa spotřeby v buňce. Uvedená rovnice, podobně jako v případě fotosyntézy, vyjadřuje pouze počáteční a konečný stav. Disi.' milační proces je ve'skutečnosti složitým sledem enzymatických reakcí, které souhrnné označujeme jako buněčné dýchání. Dýchání probíhá po etapách. První etapa se nazývá gly. kolýza. Její podstatou je odbourání glukózy (6 C) na kyselinu pyrohroznovou (3 C). Probíhá za nepřístupu vzduchu (kyslíku) - anaerobně. Enzymy katalyzující reakce glykolýzy jsou rozpustený v základní cytoplazmě, což svědčí o starobylosti a původnosti tohoto děje. (Odbourání zásobních látek začíná u viech buněk anaeróbni glykolýzou, ať jde o buňky rostlin, hub, živočichů, či bakterií. Tento anaerobní proces probíhá, i kdyíse buňky nacházejí v prostředí obsahujícím kyslík). Ve druhé etapě je vzniklá kyselina pyrohrozno-vá řadou enzymatických reakcí, známých jako Krebsův cyklus nebo též cyklus kyseliny citrónové, odbourána na oxid uhličitý (dekarbo-xylována) a jsou jí odňaty vodíky (je dehydro-genována). Odebrané vodíky jsou oxidovány v dýchacím řetězci vzdušným kyslíkem na vodu. Přitom se uvolní značné množství energie, která se ukládá do molekul ATP a může být využita k zabezepečení životních funkcí buňky. Část energie se uvolňuje jako teplo. Protože tyto reakce probíhají za přítomnosti kyslíku, označují se jako aerobní. Enzymy katalyzující reakce Krebsova cyklu a reakce dýchacího řetězce se nacházejí a vznikají ve vnitřní biomembráně mi-tochondrií. Jak vidíme na schématu (str. 37), je přenos 2 H spojen s vytvořením 3 ATP. Celkově je tedy přenos 12 H v dýchacím řetězci spojen s vytvořením 36 molekul ATP. Při anaerobní přeměně glukózy na kyselinu pyrohroznovou se získají 2 ATP. Při aerobní přeměně kyseliny pyrohróznové na vodu a oxid uhličitý se získá 36 ATP. Aerobní odbourání zásobních látek je tedy energeticky mnohem výhodnější. • Faktory ovlivňující intenzitu buněčného dýchání Můžeme je stejně jako u fotosyntézy rozdělit na vnější a vnitřní. Z vnějších faktorů jsou to: - teplota prostředí, optimální teplota je mezi 25° až 35 °C. Vyšší a nižší teploty intenzitu dýchání snižují, resp. zastaví dýchání. - obsah kyslíku v prostředí - přítomnost některých látek, které působí jako jedy buněčného dýchání (kyanidy, oxid uhelnatý, oxid siřičitý aj.) Z vnitřních faktorů je rozhodující fyziologický stav rostliny a její stáří, obsah vody v pletivech, množství zásobních látek (asimilátů) schopných oxidace. SCHÉMA BUNĚČNÉHO DÝCHÁNÍ glukóza 111 C.HuQ, I U 2ADP + 2P i \- 2 ATP KYSEL in a PYROHHOZNOVA (21 C,H40, 121 CO, 12) Kelyl - C o a jM ivn - krMhn* octoví ANAEROBNÍ (Btl ůt«i- (wuymy u bei peč ujit í rtakc« JMU v cyWpuJtrTtf j tri ^wco,,2, "O"* ibm) Kkhebsuvcvki \~ —£'' 1 f lofooerujce acew kysel rJ OVOnOví cyklus Ceti»- ' (Vngeuct acetyl - Cc» . dýchací AETEZEC f oudlti'vnľ i adp*p l lojletyiict J atjp. p atp 2H".2e"-i-ir20I AEROBNÍ (enzymy aerobních bakterií a enzymy eukaryotnfch bunék, zabezpečuje reakce jsou ve vnWrfbto-memWÉnó mHochondriO VYUŽITÍ ENERGIE, UVOLNĚNÉ PŘI DÝCHÁNÍ ■TEPLO. ^ POHYBY, _ TOZMtlOŽOvÁNiV RUST- ASIMILÁTY O Zdroj: JELÍNEK, T, ZICHÁČEK, V. (1996): Biologie pro střední školy gymnaziálního typu (teoretická část). Olomouc: Fin Publishing.