Dýchací řetězec (Respirace)

Buněčná respirace (analogie se spalovacím motorem)

Odbourávání glukosy (včetně substrátových fosforylací)

C6H12O6 + 6O2 ---------> 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP

Oxidativní fosforylace – probíhá na vnitřní membráně mitochondrií

Mitochondriální dýchací řetězec

kotvený

komplex

systémový název

další názvy

prosthetické skupiny

počet aktivně

transportovaných

H+

I NADH:ubichinon-

oxidoreduktasa

ubichinonreduktasa flavinmononukleotid,

nehemové železo

4

II substrát:ubichinon-

oxidoreduktasa

a další

sukcinátdehydrogenasa,

3-hydroxy-acylCoA-

hydrogenasa atd.

flavinadenindinukleotid

0

III ubochinol:ferricytochrom-c-

oxidoreduktasa

cytochrom-c-reduktasa hem, nehemové železo 4

IV ferrocytochrom-c:kyslík-

oxidoreduktasa

cytochrom-c-oxidasa hem, ionty mědi 2

Přehled mitochondriálních „kotvených komplexů“

Analogie s přečerpávací elektrárnou

int,

ext

H

H,

a

alog3032 .RT., + ΔG= F.Δ

pH3032

F

.RT,ΔPMF

/F

Protonmotivní síla:

Jednotlivé složky protonmotivní síly

Anaerobní respirace

Roli terminálního akceptoru elektronů nemusí hrát jen kyslík; při AR jiné

molekuly nebo ionty - např. ionty dusičnanové (NO3-) nebo síranové (SO4

2-); ve

srovnání s kyslíkem, je nižší redox-potenciál (nižší energetická účinnost)

- především u bakterií (např. půdní)

denitrifikační bakterie redukují dusičnanové ionty na dusitanové, ale

někdy i na formy dusíku s nižším oxidačním číslem (někdy až na

amoniak); podobně desulfurizační bakterie mohou redukovat

síranové ionty na siřičitanové či thiosíranové nebo na sulfan. Tyto

procesy se významně podílejí na koloběhu dusíku a síry v přírodě a

umožňují chemoorganotrofním bakteriím zaplňovat anaerobní niky v

biosféře (včetně např. střevního traktu obratlovců).

Fotosynthesa (zaměřeno na světlou fázi)

Úkolem fotosyntézy - redukce C; následuje zabudování do org. molekul -sacharidů:

Světlá fáze fotosyntesy

Fotosyntéza:

- světlá fáze

- temná fáze

D – donor H (obvykle O)

Světlá fáze – v chloroplastech na membráně thylakoidů

Chlorofyl χλωρός („zelený") φύλλον (list)

(navázan na nosičovou bílkovinu) – absorbuje světlo

-některé molekuly ch. (menší část) součástí tzv. reakčního centra – fotochemické funkce

-další ch. – anténní (světlosběrný -LHC) systém; energie absorbovaná jednou molekulou

předávána resonančně až doputuje do reakčního centra

Schéma světlé fáze fotosyntesy

(1) absorpce slunečního záření fotoreceptorem a excitace elektronu

fotoreceptoru

(2) fotolýza vody: H2O 2H+ + 2e- + 1/2O2

(3) fotoredukce NADP+: NADP+ + 2H+ + 2e- NADPH + H+

Protony (2H+) v této reakci pocházejí z fotolýzy vody, z níž byly

uvolněny po proběhlých procesech uvedených v bode (1).

(4) fotofosforylace: ADP + Pi ATP + H2O

gradient

protonový

Primární (světelná) fáze fotosynézy

Celkově zjednodušeně: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Zdroj: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m6/s4/

Propojení světlé fáze a Calvinova cyklu (temné fáze)

Fotosynthesa

proces, kterým se v zelených rostlinách světelná energie mění na

energii chemických vazeb; dvě fáze, tj. světelnou a temnostní

CO2 je pomocí tohoto procesu asimilováno, a zabudováno do

organických sloučenin, produktem jsou sacharidy (škrob, cukry)

sumárně lze fotosyntézu vyjádřit rovnicí:

6 CO2 + 6 H2O + 2,7 kJ C6H12O6 + 6O2

vázána u vyšších rostlin na chloroplasty - cca 20-100 v 1 buňce,

2 biomembrány; vlastní DNA; stroma a síť tylakoidů

tylakoidy - vnější stěna: bílkovinná struktura, vnitřní stěna: lipidická

struktura; obsahují fotosyntecká barviva (vázané na tzv. fotosystémy),

přenašeče elektronů a enzymy (1. světelná fáze fotosyntézy)

• oxygenní

•anoxygenní

ANOXYGENNÍ fotosynthesu uskutečňují gramnegativní bakterie

(purpurové sirné a nesirné, zelené sirné bakterie)

Donorem vodíku jsou jiné anorganické látky než voda (např. H2S) a

žádným z vedlejších produktů není kyslík.

Dva základní typy fotosynthesy

OXYGENNÍ fotosynthesu uskutečňují sinice a rostliny. K redukci CO2 je vždy využíván vodík uvolněný pri fotolýze vody a vedlejším produktem je kyslík. Oxygenní fotosynthesa je hlavním zdrojem kyslíku v atmosféře.

Calvinův cyklus

sekundární (temnostní) fáze fotosyntézy

- není vázána na světlo, probíhá ve stromatu chloroplastů

Syntesa látek z produktů Calvinova cyklu

Sacharosa: vznik mimo chloroplasty; 2GAP F-1,6DP F-6P

G-1P (opačná glykolysa); G-1P + UTP UDPG + F-6P sacharosafosfát

Škrob: vznik ve stromatu; F-6P G-1P + ATP ADPG (1,4 vazba), podobně

vzniká i amylopektin (1,6 vazba) polymerace.

Fruktany: vznik ve stromatu; ve vodě rozpustné polymery fruktosy, rychlý

zdroj energie (vakuoly).

Problémy fixace CO2

RUBISCO funguje jako karboxylasa (váže CO2, Calvinův cyklus) ALE možnost

reakce s O2 (=fotorespirace)

Zejména při teplotě a intenzitě ozáření se snižuje koncentrace CO2 v chloroplastech a

zvyšuje se poměr fotorespirace

V C4 rostlinách je prostorově oddělena fixace CO2 od Calvinova cyklu.; (Hatch-Slackův cyklus).

C4-rostliny

zástupci čeledí Crasulaceae, Liliaceae, Cactaceae, Orchideaceae

Princip - časově izolovaná dvojí karboxylace:

1. noc = otevřené průduchy, fixace CO2 na PEP (fosfoenolpyruvát)

vznik malátu, aktivní transport do vakuol (spotřeba 1 ATP) + obnova

RUBP (ribulosabisfosfát) (spotřeba 1 ATP).

2. den = zavřené průduchy, malát do Calvinova cyklu.

CAM rostliny

Zdroj: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CAM_cycle.svg

Zdroj:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/AnanasComosusOnPlant.jpg

CAM rostliny

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ FOTOSYNTÉZU

koncentrace CO2, teplota, H2O, minerální výživa, imise

(rozklad chlorofylu)

Srovnání fotosynthesy a respirace

Fototrofní organismy ročně zachytí asi 1071 kJ energie a její pomocí vyrobí asi

14×1011 t organické hmoty, uvolní 15×1011 t O2 a fixují 20×1011 t CO2 ze vzduchu a

oceánů.

Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotosynt%C3%A9za

Světové zásoby uhlí celkově: 909 064 milionů tun (potvrzeno k roku 2006)…. 1012 t

Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cern%C3%A9_uhl%C3%AD

Elektrárny na uhlí? Odkud je energie?