Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno Téma: Metabolismus eukaryotické buňky Pomůcky: pracovní list, učebnice botaniky Otázky k opakování: Co je anabolismus a co je katabolisimus? Co jsou enzymy a jak fungují? (co je to substrátová a funkční specifita enzymu) Co je ATP, co je makroergní (makroergická) vazba, kolik je v ATP makroergních vazeb a jak souvisí ATP s nukleovými kyselinami? Jak se značí makroergní vazba? Co je to ADP a co je to fosforylace? Jak vzniká ATP? Se kterými látkami jeho vznik souvisí? Jak je to s přeměnami ATP – ADP při anabolismu a jak při katabolismu? (kdy vzniká co z čeho)
Hlavní katabolická dráha – Rozklad živin (glukózy) - dýchání Rozklad živin na jednoduché anorganické látky ……. a …… je nejdůležitější katabolickou dráhou v buněčném metabolismu. Tuto dráhu si vysvětlíme prostřednictvím rozkladu glukózy (pozn. Zdrojem energie mohou být i další živiny např ….............................., ……………………………, …………………… V určité fázi se metabolismus různých skupin živin sbíhá a další kroky při jejich odbourávání jsou již stejné. Obrázek vpravo ukazuje přehled: 4 etapy rozkladu glukózy se jmenují anaerobní glykolýza – aerobní dekarboxylace pyruvátu – krebsův cyklus – dýchací řetězec. Na základě obrázku rozhodni o pravdivostí tvrzení (A/N piš před výrok) Kyselina pyrohroznová (pyruvát) vzniká za anaerobních podmínek Kyselina pyrohroznová vždy pokračuje do Krebsova cyklu V Krebsově cyklu vzniká voda Dýchací řetězec probíhá za přístupu kyslíku AcKoA (acetyl koenzym A) vstupuje do dýchacího řetězce Doplň: Výsledkem anaerobní fáze rozkladu glukózy je……………….. nebo ……………………… Výsledkem aerobní dekarboxylace pyruvátu je ………….. a …………………………. V Krebsově cyklu vzniká ………………… a …………….. V dýchacím řetězci vzniká ………….. Tato dráha probíhá v/ve ………………… buňkách ………………………………….. ……………………………………………
Pracuj s učebnicí, doplň text Anaerobní glykolýza (substrátová fosforylace) je úvodním krokem v rozkladu glukózy. Probíhá v …………………… a na jejím počátku stojí glukóza neboli cukr s ……….. C. Tato látka se štěpí na ………..molekuly s …… uhlíky (C) které nazýváme kyselina pyrohroznová neboli pyruvát. Při tomto štěpení vznikly …………. Molekuly ATP. Na počátku reakce bylo však nutné ……….. molekuly spotřebovat, takže výsledným výtěžkem tohoto kroku jsou ……….. molekuly ATP na jednu molekulu glukózy. Pozn. Pokud začíná glykolýza z glykogenu, spotřebuje se na pořásku jen …… ATP, takže výsledný výtěžek je ….. ATP. Buňka nemá kyslík: pyruvát se mění na energeticky bohatý konečný produkt např. …………………… nebo ……………………. Tento děj se jmenuje …………………………….
Buňka má kyslík: Od pyruvátu se odštěpí CO2 – vzniká molekula se …… C zvaná ……………. a ta je zároveň transportovaná přes membránu do mitochondrie. Proces se nazývá…………………….
Krebsův cyklus (cyklus kyseliny citronové) probíhá v …………………………………………………… vstupuje do něj ……………… který se váže na ………………………. (látka se …. C)za vzniku …………………………………(má ….. C). Acetyl koenzym A je látka, která je tvořena třemi prvky a to …., …., …. (piš značky prvků). V Krebsově cyklu se: ……… váže do …………………… a …………….. …………………………; …….. váže do……………………… a ………………………………………………………; ….. váže do …………………………………. a ……………..……… …………………….. Na konci cyklu je opět ….. uhlíkatý …………………., připravený k vazbě další molekuly…………………… Uvolněná energie se váže do …………………… Dýchací řetězec je vázán (probíhá) na …………………………. ………………………… Vstupuje do něj látka ………...vzniklá v Krebsově cyklu, která slouží jako dopravník pro atomy …… Dýchací řetězec patří z hlediska typu reakce k reakcím oxidoredukčním, tzn. že v reakci jde o přenos……………… Atomy vodíku jsou rozděleny na …..., které se předávají mezi jednotlivými enzymy v membráně (tyto enzymy se jmenují ………………..) a ….které jsou pumpovány přes membránu do prostoru mezi membránami (při každém předání elektronů dojde k přenosu několika …… do mezimembránového prostoru). Kladně nabité …… , které se mezi membránami nahromadily, pak protékají zpět přes vnitřní membránu speciálním kanálem (jediné místo které je pustí dovnitř), a z jejich průtoku vzniká energie, která dává vzniknout ………. Tuto reakci řídí enzym ………………. Vodík, kterému byla odebrána energie se sloučí s ………. Které mu byly odebrány a dále s ………… ze ………… V reakci vzniká …………., což je druhý z konečných produktů procesu rozkladu glukózy. Pozn. Aerobní dekarboxylace pyruvátu + Krebsův cyklus + dýchací řetězec = OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE. Při té vzniká ………. molekul ATP na 1 molekulu glukózy. Celkový výtěžek celého rozkladu je tedy………. molekul ATP. Pozn. 2 ATP odpovídají cca 100kJ. Při spálení 1 molekuly glukózy vzniká energie odpovídající 2700 kJ. Při metabolismu se z této energie ve formě ATP získá …….. kJ což je asi …..% z celkové energie. Zbytek uniká ve formě…………………..
Hlavní anabolická dráha – Fotosyntéza V praktickém cvičení č. 8 jsme se seznámili s anabolickou dráhou, při které v buňce vznikají bílkoviny. Tato dráha se nazývala …………………….. a probíhá ve …………. buňkách. Fotosyntéza je anabolická dráha, která je hodnocená jako nejvýznamnější reakce v přírodě. Je typická pouze pro některé organismy. Z eukaryot jsou to ………………………. Následující pojmy: H2O; CO2, glukóza (C6H12O6), O2, energie hrají roli v obou procesech (dýchání i
fotosyntéze). Šipkami od organel či k organelám označ, které z těchto pojmů jsou v obou procesech vstupem a výstupem z dráhy. U energie ještě doplň její formu (mechanická, chemická, světelná, tepelná)
Teď už bude hračka doplnit definici fotosyntézy: Fotosyntéza je sled reakcí, které probíhají v ……………..Za využiti …………… energie ze …………. Vzniká z jednoduchých anorganických látek ………. a ……… látka organická ……………. Vedlejším produktem této reakce je ………… který …………………………………………………… Podmínkou pro fotosyntézu jsou speciální barviva – fotosyntetické pigmenty, které lapají částice světla zvané ……………………….. Jsou to např. žlutočervené (oranžové) ……….…….. žlutohnědé ……………………… či modročervené ……………………………….. ovšem nejdůležitější jsou zelené ……………………….. a z nich pak zejména ………………………………………, který jako jediný ví, „co si chycenou částicí světla počít“. Světlo je elektromagnetické vlnění, které má značný rozsah vlnových délek. Pro fotosyntézu je důležité to o vlnových délkách mezi ………………. a ………………….. nanometry, kterému říkáme ………………………… Když toto světlo, které se jeví jako bílé (průhledné) rozložíme, vznikne nám tzv. barevné spektrum, které má pořadí barev (vybarvi a pojmenuj) na konce tabulky napiš krajní vlnové délky z intervalu.
Takto rozložené světlo můžeme v běžném životě vidět např. ………………………………………………………….. To, že jsou pigmenty různě barevné, jim umožňuje lapat fotony různých vlnových délek (světlo různých barev). Fotosyntézu jako reakci můžeme rozdělit na dvě etapy: Primární procesy fotosyntézy - …………………………. fáze (protože může probíhat jen za ……………… Tato fáze probíhá (přesné umístění reakce)………………………………………………….. Sekundární procesy ……………………….. fáze – není na světle přímo závislá a probíhá v ……………………….. Tato fáze však také závisí na světle (i když nepřímo) může probíhat pouze do té doby, dokud má rostlina k dispozici látky, které vytvořila při primárních procesech.
Světelná fáze – primární procesy fotosyntézy Podmínkou této fáze je přítomnost fotosyntetických pigmentů (barviv) zvláště pak chlorofylu typu …. Pigmenty jsou vázány (přesné umístění v buňce)………………………………………. Kde tedy probíhá světelná fáze. Při světelné fázi probíhají dvě reakce, kterým říkáme cyklická necyklická fosforylace. Obě reakce probíhají současně a jsou propojené (není to tedy tak, že by probíhala v některých rostlinách čí buňkách reakce cyklická a v jiných necyklická. Významnou vlastností chlorofylu A je skutečnost, že při pohlcení fotonu se dokáže dostat do tzv. excitovaného stavu což znamená, že ……………………………………………………………………………………………………….. Ve světelné fázi probíhají reakce, ve kterých dochází k přenosu elektronů. Takovým reakcím říkáme ……………….. Molekula, která elektorny uvolňuje se nazývá ………………………. molekula která elektrony přijímá se nazývá…………………… Cyklická fosforylace (také 1. světelná reakce) probíhá v tzv. Fotosystému I. Začíná v molekule chlorofylu označovaného jako P700 (pigment 700), který po excitaci fotony uvolní ……………….. a stává se tak ……………..elektronů. Prvním akceptorem je systém označený FRS. FRS je jakousi křižovatkou (viz obrázek dole), kde se elektrony „mohou rozhodnout“, kudy dál půjdou. Pokud jdou červenou cestou vrací se vlastně tam, odkud vyšly – čili konečným akceptorem putujících elektronů je opět molekula……………………………… Energie, která se z putujících elektronů cestou uvolní slouží k tvorbě molekul …….. (proto se reakce jmenuje…………….) a vzhledem k tomu, že elektrony oběhnou kolečko a vrátí se odkud vyšly, tak se reakci říká …………………………………….. Při této reakci je tedy jen jeden produkt a to je vznikající energie vázaná do …………… (světelná energie se mění na chemickou energii makroergních vazeb)
Při necyklické fosforylaci je to složitější, kromě fotosystému I se zapojuje i tzv. ……………………. a současně s první světelnou reakcí probíhá i druhá světelná reakce. Ve fotosystému II. je důležitou molekulou chlorofyl A označovaný jako P680. Probíhá to takto: Začátek je stejný až po křižovatku zvanou FRS. Tady se uvolněné elektrony z …………… vydávají po zelené cestě a jejich konečným akceptorem je látka označená jako …………….. Protože ale původní molekule P700 teď chybí elektrony, musí si je doplnit. Doplní si je z 2. světelné reakce. Tam se elektrony uvolňují z molekuly ……….., která se také umí excitovat při dopadu ……………… Cestou se opět uvolněná energie váže do ……… Protože teď zase chybějí elektrony molekule P680, probíhá v 2. Světelné reakci ještě rozklad ………….. (jde o rozklad působením světla, který se nazývá …………..). Molekula …… se rozkládá na ……………. Které doplní molekulu P680; …….. který se váže do NADPH+H+ a …….. který se jako odpadní produkt vylučuje do ovzduší. Reakce se jmenuje fosforylace proto, že …………………………………………….. a necyklická pak proto, že …………………..………………………………………………………….. Produktem světelné fáze jsou 3 látky. Energie ve formě ……… (které využijeme v další fázi), vodík vázaný do molekuly……………… (také vodík budeme dále používat) a ……… který je odpadním produktem a v molekulové formě …… se uvolňuje do ovzduší. Pozn. ATP, které vznikne ve světelné fázi, se opět při temnostní fázi spotřebuje. Fotosyntéza tedy není zdrojem ATP pro další buněčné činnosti, kryje svojí potřebu. Rosltinná buňka musí pro zisk ATP provádět rozklad živin – katabolismus.
Temnostní fáze – sekundární procesy fotosyntézy Temnostní fáze může probíhat za světla i za tmy. Není na světlo přímo vázaná. Aby mohla probíhat musí mít buňka dostatek „vstupních surovin“. 2 z těchto surovin vznikají při světelné fázi – jsou to ………. a ………. Pokud tyto suroviny dojdou, nemůže temnostní fáze pokračovat a musí opět počkat, až se při světle tyto dvě suroviny vyrobí. Třetí surovinou, která je pro temnostní fázi potřebná, je plyn, který rostlina bere ze vzduchu. Jedná se o ………… a rostlina jej přijímá ………………… Pokud jsou ………………..zavřené (třeba z důvodu nedostatečného turgoru – rostlina je zvadlá) nemohou buňky tento plyn přijímat a nemůže tedy probíhat tato část reakce. V této fázi tvoří rostlina základní organickou látku …................ (její souhrnný vzorec je ……………….) K její stavbě potřebuje tedy 3 prvky: ……., jehož zdrojem je …………; …. Jehož zdrojem je …............ a …… jehož zdrojem je ……………. V temnostní fázi probíhá reakce zvaná …………………. ………….. Na začátku reakce se CO2 ze vzduchu se váže do molekuly s …… C, zvané …………………. A vznikají 2 stejné molekuly látky zvané …………………. (každá z těchto molekul má ….. C. Molekuly se pak redukují ……… z ……………, vzniká látka zvaná ……………………………. Která má stále ….. uhlíky. Část těchto molekul (1/6) se mění přes šestiuhlíkatý meziprodukt na finální produkt temnostní fáze – cukr ………………, většina (5/6 pokračuje v cyklu dál amění se zpět na …………………….. který je připraven k vazbě další molekuly ………………….. Reakce zobrazená na obrázku vpravo je typická pro tzv. C3 rostliny (produktem po vazbě CO2 je totiž molekula se 3 C). U jiné skupiny rostlin (C4 rostliny) se CO2 váže přes látku nazvanou fosfoenolpyruvát (PEP). Po jeho navázání vzniká molekula oxalacetátu, která má …… C (tato látka už vystupovala v Krebsově cyklu, počet C si můžeš ověřit). Sukulenty pak patří mezi tzv. ……………... Mají zvláštní přizpůsobení velkým suchům. Protože se musí chránit před ztrátami vody, zavírají průduchy. Při zavřených průduších nemohou…………………….. Proto si schraňují ……… uvolněný při dýchání v ……… …………… (váží jej do jablečnanu), takže fotosyntéza není závislá na příjmu CO2 ze vzduchu a může tedy probíhat i při zavřených průduších. Fotorespirace Fotorespirace (světelné dýchání) je proces, který je vlastně opakem fotosyntézy. Rostlina přijímá ….. uvolňuje …… (v tomto je proces shodný s dýcháním. Na rozdíl od mitochondriálního dýchání však nevzniká …… Fotorespirace tedy není pro rostlinu přínosem, ale z hlediska látkově energetického spíš ztrátou (odbourává organické látky vzniklé fotosyntézou, ale netvoří při tomto odbourávání energii). Význam fotorespirace není zcela objasněn (existují různé hypotézy o tom, k čemu je tato reakce dobrá), je však známé, že různé skupiny rostlin mají různou míru fotorespirace a tedy větší nebo menší ztráty. Jak souvisí její intenzita s rostlinami C3 a C4? Které mají větší a které menší ztráty? V souvislosti s předchozí otázkou vysvětli význam fotorespirace prakticky na dvou rostlinách, které rostou stejnou dobu v našich podmínkách (provnej pšenici a kukuřici – kolik která vytvoří za stejnou dobu hmoty – biomasy? Proč?) Jaké rostliny převažují v našich podmínkách (v mírném pásu)? Proč? A na závěr ještě 4 otázky: Jak ovlivňuje fotosyntézu dostupnost vody? Jak jí ovlivňuje teplota? Jak jí ovlivňuje množství CO2 ve vzduchu? Dá se těchto vlivů nějak využít pro zlepšení výnosů rostlin? Jak? Uveď příklady. Zdroj obrázků: Biologie pro II. ročník gymnázií – Bašovská a kol. SPN Praha1985
