BIOSYNTÉZA SACHARIDŮ

BIOSYNTÉZA SACHARIDŮBIOSYNTÉZA SACHARIDŮ

Organismy dělíme na:Organismy dělíme na:

autotrofníautotrofní – využívají k syntéze – využívají k syntéze cukrů COcukrů CO22, vodu a sluneční energii , vodu a sluneční energii

(fotosyntéza)(fotosyntéza)

heterotrofníheterotrofní – využívají 2-4 uhlíkaté – využívají 2-4 uhlíkaté sloučeniny vzniklé v průběhu sloučeniny vzniklé v průběhu katabolismu (glukoneogeneze)katabolismu (glukoneogeneze)

FOTOSYNTÉZAFOTOSYNTÉZApodmíněna přítomností fotoreceptorů (barviv podmíněna přítomností fotoreceptorů (barviv absorbujících energii slunečního záření) – absorbujících energii slunečního záření) – chlorofylychlorofylyenergie je využita k přeměně jednoduchých energie je využita k přeměně jednoduchých anorganickýchanorganických látek (CO látek (CO22, voda) na složitější , voda) na složitější organickéorganické (glukosa) (glukosa)přeměna světelné energie na energii přeměna světelné energie na energii chemických vazebchemických vazebredukce uhlíku z ox. čísla IV na nižší, redukčním redukce uhlíku z ox. čísla IV na nižší, redukčním činidlem je voda (vyšší rostliny) nebo sulfan, činidlem je voda (vyšší rostliny) nebo sulfan, vodík, organické kyseliny (některé bakterie)vodík, organické kyseliny (některé bakterie)2 fáze – světelná (primární, fotochemická) a 2 fáze – světelná (primární, fotochemická) a temnostní (sekundární)temnostní (sekundární)

Chlorofyl aChlorofyl a

PRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZYPRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY

lokalizována v tylakoidech lokalizována v tylakoidech (v chloroplastech) (v chloroplastech)

sluneční záření → excitace elektronu sluneční záření → excitace elektronu v molekule chlorofylu → energie v molekule chlorofylu → energie využita k tvorbě ATP a NADPH+Hvyužita k tvorbě ATP a NADPH+H++

PRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZYPRIMÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY

transportní systém necyklická fosforylace cyklická fosforylace fotolýza

Elektronový transportní systémElektronový transportní systém

Fotosystém I absorbuje světlo o vlnové Fotosystém I absorbuje světlo o vlnové délce do 700nm, přejde do délce do 700nm, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektron, excitovaného stavu a uvolní elektron, ten se přenáší na akceptor Z a další ten se přenáší na akceptor Z a další redoxní systémy (ferredoxin, redoxní systémy (ferredoxin, flavoprotein) až na NADPflavoprotein) až na NADP++, to celé , to celé proběhne dvakrát, výsledkem je proběhne dvakrát, výsledkem je NADPH+HNADPH+H++

Zpět na obrázek

Necyklická fotofosforylaceNecyklická fotofosforylace

Fotosystém II absorbuje světlo o vlnové Fotosystém II absorbuje světlo o vlnové délce do 680 nm, přejde do excitovaného délce do 680 nm, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektron. Ten se přenáší na stavu a uvolní elektron. Ten se přenáší na akceptor Q a další redoxní systémy akceptor Q a další redoxní systémy (plastochinon, cytochrom f, plastokyanin) (plastochinon, cytochrom f, plastokyanin) až na fotosystém I, který tím doplní svůj až na fotosystém I, který tím doplní svůj chybějící elektron, to celé proběhne opět chybějící elektron, to celé proběhne opět dvakrát. Energie elektronu v průběhu dvakrát. Energie elektronu v průběhu přenosu přes redoxní systémy je využita přenosu přes redoxní systémy je využita k k fotofosforylacifotofosforylaci (tvorbě ATP s využitím (tvorbě ATP s využitím energie světla)energie světla) Zpět na obrázek

Cyklická fotofosforylaceCyklická fotofosforylace

Elektron excitovaný světlem Elektron excitovaný světlem z fotosystému I se vrací přes z fotosystému I se vrací přes plastochinon a další redoxní systémy plastochinon a další redoxní systémy opět do fotosystému I, v průběhu jeho opět do fotosystému I, v průběhu jeho přenosu je jeho energie využita přenosu je jeho energie využita k fotofosforylaci.k fotofosforylaci.

Zpět na obrázek

Fotolýza vodyFotolýza vody

Slouží k doplnění elektronů do Slouží k doplnění elektronů do fotosystému II a jako zdroj Hfotosystému II a jako zdroj H++ k redukci k redukci NADPNADP++ na NADPH+H na NADPH+H++. Uvolňuje se při ní . Uvolňuje se při ní kyslík. kyslík.

Rovnice: HRovnice: H22O → 2 HO → 2 H++ + 2 e + 2 e-- + ½ O + ½ O22

Zpět na obrázek

Shrnutí primární fáze fotosyntézy:Shrnutí primární fáze fotosyntézy:

Do reakce vstupují světelná energie, voda a Do reakce vstupují světelná energie, voda a NADP+ (koenzym v oxidované formě), NADP+ (koenzym v oxidované formě), produkty jsou kyslík, ATP a NADPH+Hprodukty jsou kyslík, ATP a NADPH+H++ (koenzym v redukované formě). (koenzym v redukované formě).

Energie z ATP a redukovaný koenzym jsou Energie z ATP a redukovaný koenzym jsou pak využity v temnostní fázi fotosyntézy pak využity v temnostní fázi fotosyntézy k redukci COk redukci CO22 a jeho zabudování do a jeho zabudování do molekuly cukru.molekuly cukru.

SEKUNDÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZYSEKUNDÁRNÍ FÁZE FOTOSYNTÉZY

syntéza cukru z COsyntéza cukru z CO22, využití energie , využití energie

z ATP a redukovaného koenzymu z ATP a redukovaného koenzymu k redukci uhlíkuk redukci uhlíku

lokalizována ve stromatu chloroplastů lokalizována ve stromatu chloroplastů a v cytoplazměa v cytoplazmě

Calvinův cyklusCalvinův cyklus

rostliny, které syntetizují glukosu takto, rostliny, které syntetizují glukosu takto, jsou tzv. C3-rostlinyjsou tzv. C3-rostliny

3 části: fixace (zachycení) molekuly CO3 části: fixace (zachycení) molekuly CO22

molekulou akceptorumolekulou akceptoru

redukce COredukce CO22

regenerace (obnovení) regenerace (obnovení) akceptoruakceptoru

fixace

redukce

regenerace

Fixace:Fixace:

navázání COnavázání CO22 na akceptor (ribulosa-1,6- na akceptor (ribulosa-1,6-

bisfosfát), který má 5 uhlíků, bisfosfát), který má 5 uhlíků,

vzniká meziprodukt se 6 uhlíky, ten se vzniká meziprodukt se 6 uhlíky, ten se rozpadá na 2 molekuly fosfoglycerátu rozpadá na 2 molekuly fosfoglycerátu (3C), (3C),

tento proces katalyzuje enzym RUBISCOtento proces katalyzuje enzym RUBISCO

Zpět na obrázek

Redukce:Redukce:

fosfoglycerát se prostřednictvím fosfoglycerát se prostřednictvím NADPH+HNADPH+H++ redukuje na redukuje na

glyceraldehyd-3-fosfát (3C)glyceraldehyd-3-fosfát (3C)

Zpět na obrázek

Regenerace akceptoru:Regenerace akceptoru:

ze dvou molekul glyceraldehyd-3-fosfátu ze dvou molekul glyceraldehyd-3-fosfátu (3C) vzniká glukosa-6-fosfát, (3C) vzniká glukosa-6-fosfát,

zbylých 10 molekul glyceraldehyd-3-zbylých 10 molekul glyceraldehyd-3-fosfátu (10krát 3C) se přeskupí na 6 fosfátu (10krát 3C) se přeskupí na 6 molekul ribulosa-1,6-bisfosfátu (6krát 5C)molekul ribulosa-1,6-bisfosfátu (6krát 5C)

celý cyklus tedy musí proběhnout 6krát, celý cyklus tedy musí proběhnout 6krát, aby se získala 1 molekula glukosy.aby se získala 1 molekula glukosy.

Zpět na obrázek

FotorespiraceFotorespiraceEnzym RUBISCO, který katalyzuje vazbu COEnzym RUBISCO, který katalyzuje vazbu CO22 na akceptor, může katalyzovat také vazbu Ona akceptor, může katalyzovat také vazbu O22 na akceptor. na akceptor.

COCO22 a O a O22 tedy soutěží jako substráty pro tento tedy soutěží jako substráty pro tento enzym. V případě nízké koncentrace COenzym. V případě nízké koncentrace CO2 2 se se váže na akceptor přednostně Ováže na akceptor přednostně O22 a rostlina a rostlina spotřebovává kyslík a produkuje COspotřebovává kyslík a produkuje CO22. .

Tento proces chrání rostlinu před poškozením Tento proces chrání rostlinu před poškozením fotosyntetických systémů při nedostatku COfotosyntetických systémů při nedostatku CO22 a a nadbytku energie.nadbytku energie.

Alternativní cesty fixace CO2Alternativní cesty fixace CO2

C4-rostliny C4-rostliny

CAM-rostliny CAM-rostliny

C4-rostlinyC4-rostlinyrostou v oblastech s intenzivním rostou v oblastech s intenzivním slunečním zářením a menšími srážkami. slunečním zářením a menšími srážkami.

Fixují COFixují CO22 na 3uhlíkatý akceptor, čímž na 3uhlíkatý akceptor, čímž

vznikne 4uhlíkatá sloučenina. Ta teprve vznikne 4uhlíkatá sloučenina. Ta teprve uvolňuje COuvolňuje CO22 do Calvinova cyklu. do Calvinova cyklu.

Účinnost fixace se tím zvyšuje a rostlina si Účinnost fixace se tím zvyšuje a rostlina si může dovolit mít uzavřenější průduchy a může dovolit mít uzavřenější průduchy a tím šetřit vodou. tím šetřit vodou.

Patří sem např. kukuřice nebo cukrová Patří sem např. kukuřice nebo cukrová třtina.třtina.

CAM-rostlinyCAM-rostlinypatří do čeledi patří do čeledi CrassulaceaeCrassulaceae a rostou ve velmi a rostou ve velmi suchých a teplých oblastech. Mají časově suchých a teplých oblastech. Mají časově oddělen proces fixace a zpracování COoddělen proces fixace a zpracování CO22. .

V noci, kdy je chladněji a vyšší vlhkost V noci, kdy je chladněji a vyšší vlhkost vzduchu, mají otevřené průduchy a fixují COvzduchu, mají otevřené průduchy a fixují CO22

na 3uhlíkatý akceptor, vzniká 4uhlíkatá na 3uhlíkatý akceptor, vzniká 4uhlíkatá sloučenina, kterou transportují do vakuol. sloučenina, kterou transportují do vakuol.

Ve dne mají průduchy zavřené, aby neztrácely Ve dne mají průduchy zavřené, aby neztrácely vodu a zpracovávají COvodu a zpracovávají CO22 uvolněný ze 4uhlíkaté uvolněný ze 4uhlíkaté

sloučeniny v Calvinově cyklu.sloučeniny v Calvinově cyklu.