Fotosyntéza

31.8.2014  |  Zdraví

Pomocí sluneční energie (fotonů) jsou z molekul vody odstraněny atomy vodíku. Ty se připojují k molekulám oxidu uhličitého, který rostliny přijímají ze vzduchu. Tak se oxid uhličitý změní na uhlohydrát(cukr), který pak rostliny používají jako zdroj energie. Mohou též molekuly cukru spojit a vytvořit škrob, sloužící rostlinám jako zásobárna potravy, anebo celulózu, pevnou vláknitou hmotu, tvořící pletivo rostlin.

Každá z rostlinných buněk obsahuje 50 – 100 chloroplastů (drobných zelených teček), které obsahují zelený chlorofyl citlivý na světlo. V chloroplastech se odehrává fotosyntéza. Chloroplast je jako drobný váček s menšími zploštělými váčky – tylakoidy. Molekuly chlorofylu jsou zabudovány do povrchu tylakoidů. Jsou v pečlivě zorganizovaných skupinách – fotosystémech (fotosystém I a fotosystém II). Každý fotosystém provádí v procesu fotosyntézy konkrétní řadu kroků.

Jak sluneční světlo dopadá na povrch tylakoidu, lapají jej shluky molekul chlorofylu z fotosystému II (světlosběrné komplexy). Jednotky fosystému I čekají na světlo jiné vlnové délky. Pozn. Jak chlorofyl, tak některé další molekuly – např. karotenoidy – absorbují modré a fialové světlo. Všechny vlnové délky světla, které na rostlinu dopadá, jsou pro rostlinu užitečné, krom světla zeleného, které rostlina odráží pryč (proto se nám jeví zelenou).

V jednotkách fotosystému II se přenáší energie červeného světla k elektronům v molekulách chlorofylu, dokud nějaký elektron nezíská tolik energie, že z jednotky vyskočí k přenašeči, čekajícím v membráně tylakoidu. Elektron putuje od jedné přenašečové molekuly ke druhé a postupně ztrácí energii. Když je energie dostatečně nízká, může být použit jako náhrada elektronu ve fotosystému I. Tehdy fotosystému II chybí elektron – má tedy kladný náboj.

Kyslíkotvorný komplex ve fotosystému II obsahuje 4 ionty kovu hořčíku, které odstraní elektrony z atomů vodíku v molekule vody. Tak se molekula vody rozštěpí na dva vodíkové ionty s kladným nábojem (protony). Když se rozštěpí více molekul vody, atomy kyslíku se spárují do molekul plynného kyslíku, který rostliny vracejí do vzduchu. Ionty vodíku se začínají hromadit uvnitř tylakoidového „váčku“, kde je rostlina může využít a elektrony doplňují komplex fotosystému II, který nyní může opakovat cyklus mnohokrát za sekundu.

Uvnitř tylakoidu začínají ionty vodíku hledat cestu ven. Nejenže při každém rozštěpení molekul vody přibydou dva ionty vodíku, ale do tylakoidu jsou přitahovány i další ionty vodíku, když jsou elektrony fotosystému II předávány do komplexu fotosystému I.

K tvorbě důležitého buněčného paliva ATP (adenosintrifosfátu) je zapotřebí speciální enzym, který je jako otáčecí dvěře, jimiž „projde“ vždy jen jeden iont. Když se ionty vodíku „protlačí“, doplní energii potřebnou k nabití vyčerpaných molekul ATP. Ty přímo na místě poskytují malé dodávky energie pro všechny druhy reakcí v buňce. Kromě ATP je pro tvorbu cukru v rostlině velmi důležitá molekula NADPH (redukovaná forma nikotinamidadenindinukleotidfosfátu). Tvorba NADPH je úkolem fotosystému I.

Fotosystém II tedy štěpí molekuly vody a používá je při tvorbě ATP. Fotosystém I absorbuje světlo a „vystřeluje“ elektrony, které použije při tvorbě NADPH. Molekuly ATP i NADPH jsou uchovány vně tylakoidu a později se použijí pro tvorbu cukru.

Chloroplast má uvnitř tylakoidů fotosystém I a II, jež vyrábí ATP a NADPH a ve stromatu (prostor vně tylakoidů) speciální enzymy, které vyrábí cukr pomocí atomů vodíku a molekul oxidu uhličitého.

Fotosystém I, II a speciální enzymy pracují ve dne. Enzymy mohou pracovat i v noci, dokud nezpracují zásoby ATP a NADPH, které si rostlina vytvořila ve dne.

Fotosyntéza a zpracování energie

Fotosyntéza – soubor biochemických reakcí, při nichž působením sluneční energie – za spoluúčasti chlorofylů (zelených barviv) – dochází ke skladbě ústrojných látek z CO a HO, při současném uvolňování O. Část sluneční energie se takto převede do ústrojných látek (složených z C, H, O, N, P, S), z nichž se následně tvoří buňky, pletiva, orgány a celé rostliny. Ústrojné látky spolu s obsaženou energií přijímají živočišní konzumenti. Jindy se odumřelá rostlina stane potravou hub a bakterií (rozkladačů vracejících minerální látky do koloběhu života.

Všechny životní procesy jsou doprovázeny tokem a přeměnou energie, Prostřednictvím rostlin se koncentruje a skladuje energie v listech, stoncích, plodech a semenech, které již mohou být „palivovou základnou“ pro konzumenty, kteří nemohou sluneční energii využít pro růst a metabolické procesy.

Rostliny asimilují jen 2-10% sluneční E a z toho se asi 50% ztrácí v prostoru v podobě tepla uvolněného dýcháním rostlin. Z oněch 2-10% se asi 90% ukládá v podobě odumřelých listů, stonků a zbytků plodů na povrchu půdy, kde se stává zdrojem potravy a energie pro rozkladné organismy, což vede k uvolnění základních prvků a k přeměně chemicky vázané energie v bezcenné teplo(Q), uvolněné dýcháním mikrobů. Jen zbylých 10% se stane potravou býložravcům.Do jejich těl se asimiluje jen 50% sežrané potravy, ostatní se uloží na povrch půdy v podobě výkalů. Asimilovaná energie se dále dělí na složku prodýchanou (Q do prostoru) a využitou. Na býložravce je navázán život jedné i více skupin masožravců. Převod energie je zde již úspornější ( prodýchané Q je menší).

Nejvíce sluneční energie tedy hromadí polní plodiny, luční trávy, zelenina a stromy. Energeticky nejvýhodnější je jíst maximální množství rostlinné potravy. Při chovu dobytka nutně dochází ke ztrátám (prodýchané Q + i v zimě vyhřívaná stáj). Vykrmujeme-li navíc zvěř zvířecími produkty, energetické ztráty zvyšujeme ještě více. Proto je konzumace masa a chov zvířat ekologicky neekonomické.

Je známo 7 typů chlorofylu (nejhojnější s nejúčinějším využitím energie – modrozelený chlorofyl „a“ a žlutozelený chlorofyl „b“). Barviva jako červené až oranžové karotenoidy, žluté xantofyly, které při fotosyntéze pomáhají, ale bez chlorofylu jsou neúčinné.

Čerstvý vzhled a chutnost rostlin způsobuje vyšší obsah HO.
Vše co zbyde po sušení se nazývá „sušinou“.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •