Fotosyntéza
 fotoautotrofní organismy (sluneční záření, CO2)
 fotosyntetická asimilace CO2
 souhrn procesů spojených s přeměnou energie
fotonů do volné chemické energie, která je dále
využita při biologických syntézách
 základní látkový a energetický metabolismus rostlin a
zdroj energie i organických látek pro všechny
organismy
 6 CO2 + 6 H2O  C6H12O6 + 6 O2
1
Fotosyntéza
Procesy
 fyzikální
příjem energie elektromagnetického záření
 fyzikálně chemické
převedení energie záření na energii chemickou
 biochemické
využití chemické energie
2
Fotosyntéza
fotosyntetický účinné
záření (FAR)
H2O
CHLOROFYL
(excitace)
fotolýza vody
H2
O2
2e-
NADPH+H+
NADP+ CUKR ŠKROB
CO2
ATP
C6
C3
C5
fyzikální procesy fyzikálně chemické procesy biochemické
procesy
příjem energie (záření)
převedení energie
(záření – chemická) využití energie (chemická)
3
Fotosyntéza
chlorofyl a
pyrol porfyrinový systém
molekula chlorofylu a
fytol
4
Fotosyntéza
• chloroplasty
– dvojitá povrchová membrána
– vnitřní membránový systém (tylakoidy)
– grana
– proteiny (funkční celky)
• fotosystém I
• fotosystém II
• cytochromový komplex
• ATP-syntáza
5
Fotosyntéza
FOTOCHEMICKÁ FÁZE SYNTETICKÁ FÁZE
chlorofyl a
fotolýza vody
fotofosforylace
H2O
O2
ATP
NADPH+H+
ADP
NADP+
enzym
RuBisCO
Calvinův cyklus
H2O
CO2
glukóza
6
Fotosyntéza
PRIMÁRNÍ PROCESY FOTOSYNTÉZY
Fotosystémy a přenašeče
 fotosystém I. (reakční centrum P 700 + anténa)
 fotosystém II. (reakční centrum P 680 +
anténa, fotolýza vody)
 přenašeče elektronů (redoxní systémy)
7
Fotosyntéza
Fotochemická fáze
 absorpce světla
 přenos elektronů
 fotolýza vody ve fotosystému II.
 cyklická fosforylace (ATP)
 necyklická fosforylace (NADPH+H+)
8
fotosystém II
H2O 2H + ½O2
fotosystém I
2e-
2e-
chlorofyl*
chlorofyl
chlorofyl
2e-
chlorofyl*
ferredoxin
necyklická fosforylace
vznik ATP a
koenzym NADPH+H+
2e-
Fotochemická
fáze
2hν
2hν
cyklická fosforylace
(hromadění energie)
vznik ATP
9
Fotosyntéza
FOTOCHEMICKÁ FÁZE SYNTETICKÁ FÁZE
chlorofyl a
fotolýza vody
fotofosforylace
H2O
O2
ATP
NADPH+H+
ADP
NADP+
enzym
RuBisCO
Calvinův cyklus
H2O
CO2
glukóza
10
Fotosyntéza
SEKUNDÁRNÍ PROCESY FOTOSYNTÉZY
Calvinův cyklus (C3 cesta asimilace CO2)
3 fáze
 karboxylace
 redukce
 regenerace
11
Fotosyntéza
Calvinův cyklus
CO2 + pentóza + enzym RubisCO
 kyselina fosfoglycerová (C3)
 redukce (v několika krocích) na
fosfoglyceraldehyd (vyžaduje energii)
 glukóza + pentóza (vrací se zpět do cyklu)
12
Fotosyntéza
FOTOCHEMICKÁ FÁZE SYNTETICKÁ FÁZE
chlorofyl a
fotolýza vody
fotofosforylace
H2O
O2
ATP
NADPH+H+
ADP
NADP+
enzym
RuBisCO
Calvinův cyklus
H2O
CO2
glukóza
13
Fotosyntéza
14
Fotosyntéza
Fotorespirace
 O2 + pentóza (RuBisCO) – fosfoglycerát +
fosfoglykolát
 Calvinův cyklus
 syntéza aminokyselin
15
Fotosyntéza
 fixační cesta C4 (Hatch-Slackův cyklus)
 Calvinův cyklus jen ve zvláštních buňkách (pochvy
cévních svazků)
 karboxylace v mezofylových buňkách,
fosfoenolpyruvát
 zvýšená koncentrace CO2 – potlačení oxygenázové
aktivity Rubisco
 menší produkce kyslíku rozkladem vody
(fotosystém II)
 energeticky náročné
16
Fotosyntéza
 fixační cesta C4
bér zelený troskut prstnatý rosička krvavá
17
Fotosyntéza
 fixační cesta CAM (Crassulacean Acid
Metabolism)
 fosfoenolpyruvát
 oba karboxylační procesy v jedné buňce
 časově odděleno
 prvotní karboxylace v noci
 zvýšená koncentrace CO2 – potlačení oxygenázové
aktivity Rubisco
 velmi vysoká energetická náročnost
 sukulenty; velké vakuoly, malé ztráty vody
18
Fotosyntéza
 souhrn
 zabudování 1 molekuly CO2 – 2 NADPH + 3 ATP
 další reakce
 fotorespirace (C3)
 opakovaná karboxylace (C4, CAM)
 hlavní faktory řídící rychlost fotosyntézy
 záření
 teplota
19