Fotosyntéza je proces, při kterém rostliny a některé mikroorganismy vytvářejí látky, jako jsou sacharidy. Jedná se o endotermní (přijímá teplo) chemický proces, který využívá sluneční světlo k přeměně oxidu uhličitého na cukry. Cukry jsou buňkou využívány jako energie a ke stavbě dalších druhů molekul.
Fotosyntéza je pro život na Zemi velmi důležitá. Zelené rostliny se staví pomocí fotosyntézy. Využívají ji také řasy, protisty a některé bakterie. Výjimkou jsou organismy, které získávají energii přímo z chemických reakcí; tyto organismy se nazývají chemoautotrofy.
Fotosyntéza může probíhat různými způsoby, ale některé její části jsou společné.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotony → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) oxid uhličitý + voda + světelná energie → glukóza + kyslík Oxid uhličitý se dostává do listu přes průduchy difuzí z atmosféry. Voda je absorbována z půdy buňkami kořenových vlásků, které mají zvětšený povrch pro zvýšený příjem vody.
Fotosyntéza probíhá v chloroplastech v listech (nebo jiných zelených tkáních). Obsahují chlorofyl, zelené barvivo, které pohlcuje světelnou energii. V listech mají palisádové buňky chloroplasty, které zachycují světlo.
Kyslík je odpadním produktem fotosyntézy: z rostliny odchází při dýchání. Veškerý kyslík v atmosféře má původ v rostlinách (včetně těch mikroorganismů, které provádějí fotosyntézu)
Glukóza se využívá při dýchání (k uvolňování energie v buňkách). Je uložena ve formě škrobu (který se ve tmě přeměňuje zpět na glukózu pro dýchání). Glukóza může být také přeměněna na jiné sloučeniny pro růst a rozmnožování, např. celulózu, nektar, fruktózu, aminokyseliny a tuky.
Reakce procesu
Fotosyntéza má dvě hlavní skupiny reakcí. Reakce závislé na světle, které ke své práci potřebují světlo, a reakce na světle nezávislé, které ke své práci světlo nepotřebují.
Reakce závislé na světle
Světelná energie ze Slunce se využívá ke štěpení molekul vody (fotolýza). Sluneční světlo dopadá na chloroplasty v rostlině. To způsobí, že enzym rozštěpí vodu. Při štěpení vody vzniká kyslík, vodík a elektrony.
Vodík spolu s elektrony nabitými světlem přeměňuje NADP na NADPH, který se pak používá v reakcích nezávislých na světle. Plynný kyslík difunduje z rostliny jako odpadní produkt fotosyntézy a ATP je syntetizován z ADP a anorganického fosfátu. To vše se odehrává v granulích chloroplastů.
Tmavá reakce
Při této reakci se vytvářejí cukry pomocí oxidu uhličitého a produktů reakcí závislých na světle (ATP a NADPH) a různých dalších chemických látek, které se v rostlině nacházejí v Calvinově cyklu. Proto reakce nezávislá na světle nemůže proběhnout bez reakce závislé na světle. Oxid uhličitý difunduje do rostliny a spolu s chemickými látkami v chloroplastu, ATP a NADPH se vytváří glukóza, která se nakonec translokací přenáší po rostlině.
Faktory ovlivňující fotosyntézu
Fotosyntézu ovlivňují tři hlavní faktory:
- Intenzita světla
- Koncentrace oxidu uhličitého
- Teplota
Intenzita světla
Pokud na rostlinu svítí málo světla, reakce závislé na světle nebudou probíhat efektivně. To znamená, že fotolýza (rozklad vody působením světla) nebude probíhat rychle, a proto se bude vytvářet málo NADPH a ATP. Tento nedostatek NADPH a ATP povede k tomu, že reakce nezávislé na světle nebudou fungovat, protože NADPH a ATP jsou pro fungování reakcí nezávislých na světle nezbytné.
Potřebnou intenzitu světla lze snadno prozkoumat u vodní rostliny, jako je rdest. Lze spočítat vylučované bubliny kyslíku nebo změřit jejich objem. Změnou vzdálenosti mezi světlem a rostlinou lze docílit změny intenzity světla. Změna intenzity světla ovlivní změnu rychlosti fotosyntézy . Pro maximalizaci rychlosti fotosyntézy lze použít umělé osvětlení ve tmě.
Hladina oxidu uhličitého
Oxid uhličitý se využívá v reakcích nezávislých na světle. Spojuje se s NADPH a ATP a různými dalšími chemickými látkami (např. ribulóza bisfosfátem) za vzniku glukózy. Pokud tedy nebude dostatek oxidu uhličitého, bude docházet k hromadění NADPH a ATP a nebude se tvořit dostatek glukózy.
Temperatura
Ve fotosyntetických reakcích pracuje mnoho enzymů – například enzym při fotolýze. Všechny enzymy pracují nejlépe při své optimální teplotě. Všechny reakce závislé a nezávislé na světle budou probíhat normálně při průměrné nebo optimální teplotě. Tropické rostliny mají vyšší teplotní optimum než rostliny přizpůsobené mírnému podnebí.
Při příliš nízkých teplotách je málo kinetické energie, takže rychlost reakce klesá. Pokud jsou teploty příliš vysoké, enzymy se denaturují a katalýza reakce fotosyntézy se zastaví.
Skleníky musí udržovat optimální teplotu pro normální fungování rostlin.
Raná evoluce
První fotosyntetické organismy se pravděpodobně vyvinuly na počátku historie života. Jako zdroj elektronů mohly používat spíše redukční činidla, jako je vodík nebo sirovodík, než vodu. Sinice se objevily později a přebytek kyslíku, který produkovaly, přispěl ke kyslíkové katastrofě. To umožnilo evoluci složitého života.
Efektivita
Dnes je průměrná rychlost získávání energie fotosyntézou na celém světě přibližně 130 terawattů, což je asi šestkrát více než současná spotřeba lidské civilizace. Fotosyntetizující organismy také ročně přemění přibližně 100-115 tisíc milionů tun uhlíku na biomasu.
Související stránky
- Kalvinův cyklus
- Buněčné dýchání
- Fyziologie rostlin
Obrázky pro děti
-
Kompozitní snímek zobrazující globální rozložení fotosyntézy, zahrnující jak oceánský fytoplankton, tak suchozemskou vegetaci. Tmavě červená a modrozelená barva označují oblasti s vysokou fotosyntetickou aktivitou v oceánu, resp. na souši.
-
„Schéma Z“
-
Rostlinné buňky s viditelnými chloroplasty (z mechu, Plagiomnium affine)
-
Portrét Jana Baptisty van Helmonta od Mary Bealeové, kolem r. 1904.1674
-
Melvin Calvin pracuje ve své laboratoři fotosyntézy.
-
List je primárním místem fotosyntézy u rostlin.
.