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
Přehled mitochondriálních „kotvených komplexů“ kotvený komplex
systémový název
další názvy
I
NADH:ubichinonoxidoreduktasa
ubichinonreduktasa
II
substrát:ubichinonoxidoreduktasa a další
prosthetické skupiny
flavinmononukleotid, nehemové železo
sukcinátdehydrogenasa, flavinadenindinukleotid 3-hydroxy-acylCoAhydrogenasa atd.
III
ubochinol:ferricytochrom-coxidoreduktasa
cytochrom-c-reduktasa
IV
ferrocytochrom-c:kyslíkoxidoreduktasa
cytochrom-c-oxidasa
počet aktivně transportovaných H+
4
0
hem, nehemové železo
4
hem, ionty mědi
2
Analogie s přečerpávací elektrárnou
aH, ext ΔG= F.Δ + 2,303.RT. log aH, int /F Protonmotivní síla:
2 ,303.RT PMF Δ p H F 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 (SO42-); 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)
Fotosyntéza: - světlá fáze - temná fáze Úkolem fotosyntézy - redukce C; následuje zabudování do org. molekul -sacharidů:
Světlá fáze fotosyntesy
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
Primární (světelná) fáze fotosynézy (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). protonový
(4) fotofosforylace: ADP + Pi
gradient
ATP + H2O
Propojení světlé fáze a Calvinova cyklu (temné fáze)
Zdroj: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m6/s4
/
Celkově zjednodušeně: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
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)
Dva základní typy fotosynthesy • oxygenní •anoxygenní
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. 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.
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
C4-rostliny
V C4 rostlinách je prostorově oddělena fixace CO2 od Calvinova cyklu.; (Hatch-Slackův cyklus).
CAM 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
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?
