Biology for Majors I

Fotosyntéza je několikastupňový proces, který jako substráty vyžaduje sluneční světlo, oxid uhličitý (který má nízký obsah energie) a vodu (obrázek 1). Po dokončení procesu se uvolní kyslík a vznikne glyceraldehyd-3-fosfát (GA3P), jednoduché molekuly sacharidů (které mají vysoký obsah energie), které lze následně přeměnit na glukózu, sacharózu nebo některou z desítek dalších molekul cukru. Tyto molekuly cukru obsahují energii a energetický uhlík, který všechny živé organismy potřebují k přežití.

Obrázek 1. Fotosyntéza využívá sluneční energii, oxid uhličitý a vodu k výrobě sacharidů uchovávajících energii. Kyslík vzniká jako odpadní produkt fotosyntézy.

Následující chemická rovnice fotosyntézy (obrázek 2):

Obr. 2. Fotosyntéza je chemická rovnice fotosyntézy. Základní rovnice pro fotosyntézu je klamavě jednoduchá. Ve skutečnosti proces probíhá v mnoha krocích zahrnujících meziprodukty a reaktanty. Glukóza, primární zdroj energie v buňkách, se vyrábí ze dvou tříuhlíkatých GA3P.

Ačkoli rovnice vypadá jednoduše, mnoho kroků, které při fotosyntéze probíhají, je ve skutečnosti poměrně složitých. Než se dozvíte podrobnosti o tom, jak fotoautotrofy přeměňují sluneční světlo na potravu, je důležité seznámit se s příslušnými strukturami.

U rostlin fotosyntéza obvykle probíhá v listech, které se skládají z několika vrstev buněk. Proces fotosyntézy probíhá ve střední vrstvě zvané mezofyl. Výměna plynů oxidu uhličitého a kyslíku probíhá malými, regulovanými otvory zvanými stomata (v jednotném čísle: stoma), které rovněž hrají roli v regulaci výměny plynů a vodní bilance. Stomata se obvykle nacházejí na spodní straně listu, což pomáhá minimalizovat ztráty vody. Každou stomii obklopují strážní buňky, které regulují otevírání a zavírání stomie tím, že se zvětšují nebo zmenšují v reakci na osmotické změny.

U všech autotrofních eukaryot probíhá fotosyntéza uvnitř organely zvané chloroplast. U rostlin existují buňky obsahující chloroplasty v mezofylu. Chloroplasty mají dvojitý membránový obal (skládá se z vnější a vnitřní membrány). Uvnitř chloroplastu jsou na sebe naskládané diskovité struktury zvané tylakoidy. V membráně tylakoidů je zabudován chlorofyl, pigment (molekula absorbující světlo), který je zodpovědný za počáteční interakci mezi světlem a rostlinným materiálem, a četné bílkoviny, které tvoří řetězec pro přenos elektronů. Tylakoidní membrána uzavírá vnitřní prostor nazývaný tylakoidní lumen. Jak je znázorněno na obrázku 3, hromádka tylakoidů se nazývá granum a prostor vyplněný kapalinou, který granum obklopuje, se nazývá stroma neboli „lůžko“ (nezaměňovat se stoma neboli „ústí“, což je otvor na epidermis listu).

Praktická otázka

Obrázek 3: Jaké jsou vlastnosti tylakoidů? Fotosyntéza probíhá v chloroplastech, které mají vnější a vnitřní membránu. Třetí membránovou vrstvu tvoří hromádky tylakoidů zvané grana.

V horkém a suchém dni rostliny uzavírají žaludky, aby šetřily vodou. Jaký to bude mít vliv na fotosyntézu?

Zobrazit odpověď

Hladina oxidu uhličitého (nezbytného fotosyntetického substrátu) okamžitě klesne. V důsledku toho bude rychlost fotosyntézy potlačena.

Dvě části fotosyntézy

Fotosyntéza probíhá ve dvou po sobě následujících fázích: reakce závislé na světle a reakce nezávislé na světle. Při reakcích závislých na světle je energie ze slunečního světla absorbována chlorofylem a tato energie je přeměněna na uloženou chemickou energii. V reakcích nezávislých na světle pohání chemická energie získaná během reakcí závislých na světle sestavování molekul cukru z oxidu uhličitého. Ačkoli tedy reakce nezávislé na světle nevyužívají světlo jako reaktant, ke svému fungování potřebují produkty reakcí závislých na světle. Kromě toho je několik enzymů světelně nezávislých reakcí aktivováno světlem. Reakce závislé na světle využívají určité molekuly k dočasnému uložení energie: Ty se označují jako nosiče energie. Nosiče energie, které přenášejí energii z reakcí závislých na světle do reakcí nezávislých na světle, lze považovat za „plné“, protože jsou bohaté na energii. Po uvolnění energie se „prázdné“ nosiče energie vracejí do reakce závislé na světle, aby získaly další energii. Obrázek 4 znázorňuje součásti uvnitř chloroplastu, kde probíhají reakce závislé na světle a reakce nezávislé na světle.

Obrázek 4. Fotosyntéza probíhá ve dvou fázích: reakce závislé na světle a Calvinův cyklus. Reakce závislé na světle, které probíhají v thylakoidní membráně, využívají světelnou energii k tvorbě ATP a NADPH. Calvinův cyklus, který probíhá ve stromatu, využívá energii získanou z těchto sloučenin k výrobě GA3P z CO2.

Fotosyntéza v obchodě s potravinami

Obr. 5. Fotosyntéza v obchodě s potravinami. Potraviny, které lidé konzumují, pocházejí z fotosyntézy. (kredit: Associação Brasileira de Supermercados)

Velké obchody s potravinami ve Spojených státech jsou organizovány do oddělení, jako jsou mléčné výrobky, maso, produkty, chléb, obiloviny atd. Každá ulička (obrázek 5) obsahuje stovky, ne-li tisíce různých výrobků, které si zákazníci mohou koupit a spotřebovat.

Přestože je zde velký výběr, každá položka souvisí s fotosyntézou. Maso a mléčné výrobky odkazují, protože zvířata byla krmena rostlinnou stravou. Chléb, obiloviny a těstoviny pocházejí z velké části ze škrobnatých obilovin, což jsou semena rostlin závislých na fotosyntéze. A co dezerty a nápoje? Všechny tyto výrobky obsahují cukr – sacharóza je rostlinný produkt, disacharid, molekula sacharidu, která vzniká přímo z fotosyntézy. Kromě toho mnoho položek pochází z rostlin méně zjevně: například papírové zboží je obecně rostlinným produktem a mnoho plastů (hojně se vyskytujících jako výrobky a obaly) může pocházet z řas nebo z ropy, zkamenělých zbytků fotosyntetizujících organismů. Prakticky každé koření a ochucovadlo v uličce s kořením bylo vyprodukováno rostlinou jako list, kořen, kůra, květ, plod nebo stonek. V konečném důsledku je fotosyntéza spojena s každým jídlem a každou potravinou, kterou člověk konzumuje.

Přispějte!

Vylepšete tuto stránkuZjistěte více