Tip:
Highlight text to annotate it
X
Ahojte. Som pán Andersen a v tomto podcaste budem hovoriť o fotosyntéze.
Milujem fotosyntézu, pretože mi dáva dve veci, ktoré potrebujem. Potrebujem dýchať,
takže mi dáva kyslík. A musím jesť. Čiže mi poskytuje potravu. Takže preto
milujem fotosyntézu. Možno si myslíte, že sa odohráva iba v rastlinách, ale dá sa
pozorovať aj u baktérií, rias a taktiež u prvokov. Dá sa nájsť
všade. Fotosyntéza tu je už dlhú dobu. Je veľmi dôležité,
aby ste pochopili, ako funguje. Tak teda začnime s miestom fotosyntézy v eukaryotických bunkách.
A to sú chloroplasty. Tu je niekoľko buniek a môžete
vidieť, koľko chloroplastov obsahuje taká typická bunka. Je ich tam mnoho.
Existuje niekoľko pojmov, s ktorými by ste sa mali oboznámiť. Prvý z nich
je membrána tylakoidu. Tá je usporiadaná takto. A v podstate
je dejiskom primárnych procesov. Ak máte viacero tylakoidov
takto pokope, nazývame to granum. Ďalšia kľúčová vec pre pochopenie fotosyntézy
je, že vnútro chloroplastu je vyplnené kvapalinou. Táto kvapalina sa nazýva stróma.
Bude to miesto Calvinovho cyklu. Ak by sme rozdrvili list,
zistili by sme, že to nie je len chlorofyl A, ktorý vykonáva fotosyntézu. Ale
je tam tých pigmentov niekoľko, ktoré pracujú spolu. Čiže ak rozdrvíme list na nejaký chromatografický
papier a potom ho ponoríme do rozpúšťadla, získame chromatografiu. Pigmenty
sa rozdelia do rôznych častí. Čiže toto tu by bol chlorofyl A
a chlorofyl B. Toto by bol karotén a xanthofyly. A všetky
spolupracujú. Uvidíte tieto ďalšie pigmenty na jeseň, kedy sa chlorofyl presúva naspäť
do vnútra listu a je vstrebaný. Ale ak sa pozrieme na to, aké svetlo pohlcujú, tu je chlorofyl A
a tu je B. Toto sa nazýva absorpčné spektrum - akú farbu svetla
sú schopné absorbovať. Môžete vidieť, že absorbujú veľa modrej. Mnoho červenej.
Ale neabsorbujú veľa tohto v strede, tejto zelenej. Mohli by sme sa pýtať,
akú majú rastliny najmenej obľúbenú farbu a správna odpoveď by bola -
- zelenú. Pretože odrážajú toto zelené svetlo. *** týmto si vedci dlhý čas lámali hlavy.
A v skutočnosti nemáme definitívnu odpoveď na otázku, prečo sú rastliny zelené. Avšak ak
by boli čierne pravdepodobne by sa prehrievali. Absorbovali by
príliš veľa svetla. Začnime teda rovnicou. Pretože fotosyntéza je skrátka chemická reakcia.
Je to chemická reakcia s množstvom krokov. Čo sú teda reaktanty?
Voda a oxid uhličitý. Vlastne ako rastlina rastie? V podstate prijíma vodu
pomocou koreňov a oxid uhličitý cez listy, cez prieduchy.
Ďalšia vec, ktorú potrebuje, je svetlo. Čiže používa tieto jednoduché zložky,
a potom z nich vyrobí glukózu, túto obrovskú molekulu, a potom
kyslík. Takže toto je potrava, ktorú dostávam. A toto je kyslík, ktorý dýcham.
Sú rastliny vážne také milé? Nie. Ony si vyrábajú tento cukor pre seba, aby ho mohli rozložiť
v procese bunkovej respirácie. Ak nakreslím túto šípku v opačnom smere,
dostanem reakciu bunkovej respirácie. Takže rastliny si vyrábajú potravu pre seba a taktiež
používajú tieto sacharidy na výstavbu niektorých štruktúr. Napríklad celulóza v bunkových stenách rastliny
je tiež vyrobená z produktov fotosyntézy. Takže, kedykoľvek sa snažím premýšľať o jednotlivých krokoch
vo fotosyntéze, vždy si predstavím tento obrázok. Slovo fotosyntéza má dve časti: foto a syntéza.
Foto znamená svetlo. A syntéza znamená vyrobiť. Teda fotosyntéza má
dve fázy. Svetelnú fázu = primárne procesy. Tie sa budú odohrávať v membráne tylakoidu.
A potom Calvinov cyklus. Zvykne sa nazývať aj tmavá fáza, čo ale je
hlúpy výraz. Nedeje sa v tme. Odohráva sa za svetla. V podstate
človek, ktorý ho objavil je Melvin Calvin, preto je pomenovaný po ňom. Kde
prebieha? Uhádli ste. Prebieha v stróme, v tejto tekutej časti.
Načrtnime teraz trochu fotosyntézu. Čo sú opäť reaktanty?
Voda, svetlo a oxid uhličitý. Aké sú produkty, ktoré odtiaľ vychádzajú?
Bude to kyslík a glukóza. Pozrime sa, čo sa stane. V svetelnej
fáze voda a svetlo vojdú do membrány tylakoidu a vytvoria dve
veci. Vytvoria kyslík, ktorý je iba vedľajší produkt, a ešte vytvoria
tieto chemikálie - NADPH a ATP. Takže tu sa získala energia. Poďme sledovať, čo sa stane im.
Táto energia prejde do Calvinovho cyklu, do ktorého prichádza oxid uhličitý
a vychádza glukóza. Toto je celková ilustrácia fotosyntézy. Ale
poďme sa teraz do nej ponoriť o niečo hlbšie a porozprávať sa o svetelnej fáze. Dobre,
kde sme? Sme v membráne tylakoidu. Takže sme v tejto membráne, práve tu. Takže ak
by sme si priblížili túto membránu, dostali by sme to, čo je na tomto nákrese.
Aké sú teda tie dve vchádzajúce zložky? No prvá bude svetlo. Svetlo
prichádza sem a sem. Aká je ďalšia zložka?
Voda. Dobre, tak sa poďme pozrieť na niektoré z ďalších charakteristických znakov
tejto membrány tylakoidu. Toto je vonkajšok - stróma. A toto
je lumen - vnútro. Máme tu zopár veľkých štruktúr. Čo sú
zač? Sú to proteíny s chlorofylom na ich vnútornej strane.
Celú štruktúru dohromady nazývame fotosystém(FS). Tento prvý sa v skutočnosti
nazýva FS II. Z neho sa ide k FS I. Dôvod, prečo sa ide naspäť je ten,
že FS I bol objavený ako prvý. Čo sem teda vchádza? Svetlo.
Načo je použité? To svetlo poháňa pohyb elektrónu
cez elektrónový transportný reťazec. Elektrón prechádza proteínmi,
až sa nakoniec dostane sem. Dostane sa do NADPH.
Pretože to je jeden z produktov svetelnej fázy. Dobre. Čo sa, ďalej,
deje s vodou? Voda je rozložená. Ak rozložíte vodu,
čo dostanete? Dostanete kyslík(O2), ktorý difunduje von z bunky.
A to je ten kyslík, ktorý práve dýchate. A potom tu máme tieto
protóny, ktoré sú jednoducho ióny vodíku. Sú to teda vodíkové atómy, ktoré
stratili svoj elektrón. Začína to byť trochu neprehľadné. Tak sa poďme pozrieť, čo
sa stane ďalej. Ako sa ten elektrón pohybuje cez elektrónový transportný reťazec, a znovu opakujem, že je
poháňaný dodaním svetla tu a tu, tak sa bude hýbať
celou touto cestou a zakaždým, keď prejde jedným z týchto proteínov,
pumpuje protóny dovnútra. Protóny
majú kladný náboj. Takže v podstate čo sa deje, je, že sa nám vytvára kladný náboj vo vnútri.
Takže tu máme kladný náboj. Ak viete, ako funguje bunková respirácia,
uvedomíte si, že je opakom tohto. Takže teraz máme všetky tieto kladné
náboje vo vnútri. Kam idú? Je tu iba jeden otvor, ktorým môžu prejsť.
To znamená prejsť týmto proteínom. Ako protóny vychádzajú von, prechádzajú
proteínom nazvaným ATP syntáza. A tá funguje skoro ako malý rotor. Každý
raz, keď protón tadiaľto prejde dostávame nové ATP. Takže čo sme získali zo svetelnej fázy?
NADPH a ATP. Skvelé na tom je, že
ich máme v stróme, takže sú schopné prejsť do Calvinovho cyklu,
ktorý bude ďalším krokom v tomto procese. Čiže, kto poskytuje energiu?
Svetlo. Kto poskytuje elektróny? Voda. A odpadovým produktom
je kyslík. Dobre. Poďme teda do Calvinovho cyklu. Takže čo sa to v ňom deje?
Môžete tu vidieť tie reaktanty. Naše ATP máme tu, ATP tu
a NADPH. Čo poskytujú? Skrátka energiu. Máme tu aj túto molekulu
nazvanú RUBP. Je to päťuhlíková molekula. A potom tu ešte máme oxid uhličitý (CO2).
Ten prechádza prieduchmi listu a difunduje dovnútra.
Oxid uhličitý je jednouhlíková molekula. Máme tu ešte enzým
RuBisCO a ten pripojí túto jednouhlíkovú molekulu k tej päťuhlíkovej.
Okamžite sa rozpadne na dve trojuhlíkové molekuly, ktoré potom získajú energiu z ATP a NADPH.
Takto vznikne táto molekula tu dolu, nazývaná G3P. Čo s ňou?
Môže byť rýchlo poskladaná do glukózy, sukrózy alebo maltózy alebo do čohokoľvek, čo je potrebné
a dá sa vyrobiť pomocou G3P. Čiže práve tu syntetizujeme.
Inými slovami, prijímame uhlík a zachytávame ho. Robíme ho použiteľným.
Zopár molekúl G3P je uvoľnených, avšak, mnoho z nich je recyklovaných, na väčšiu produkciu RUBP.
Takže je to cyklus, ktorý beží dokola. Čo je jeho podstatou? Ak nemáme
ATP, ak nemáme NADPH, tento proces sa zastaví. Čo ďalšie
by ho mohlo zastaviť? Absencia oxidu uhličitého.
Takže toto je fotosyntéza. Prebieha už miliardy rokov. Ale je tu
menší problém - fotorespirácia. Čo to je?
K fotorespirácii dochádza iba ak nemáme dostatok oxidu uhličitého. Čiže ak
nemáme dostatok CO2, zaškrtám ho, nie sme schopní vyrobiť
G3P. Avšak stane sa ešte niečo horšie. Kyslík može takpovediac skočiť do Calvinovho cyklu.
A použitím enzýmu RuBisCO vytvorí ďalšiu látku. Avšak tá nerobí nič.
Nemá účel. A bunka ju musí rozložiť. Dôsledkom toho
rastliny, a takmer všetky nazývame C3 rastliny. A dôvod, prečo ich tak nazývame je, že
G3P je trojuhlíková molekula. Takže pre tieto C3 rastliny, je fotorespirácia zlá.
Inými slovami, nemajú z nej nič. Takže vlastne strácajú
práve kvôli kyslíku, ktorý vchádza do Calvinovho cyklu. Mohli by ste si pomyslieť,
prečo by sa niečo takéto vôbec vyvinulo? Avšak, ak si spomeniete, fotosyntéza bola najprv, kdežto kyslík sa
v atmosfére objavil oveľa neskôr. Čiže zo začiatku to nebol problém, avšak neskôr
už áno. Ďalšia otázka by mohla znieť, kedy nebudeme mať dostatok CO2?
Ako teda rastliny získavajú oxid uhličitý? Rastlina
má prieduchy. Tieto sú tvorené dvomi zatváravými bunkami. Keď rastlina
otvára svoje prieduchy, CO2 môže difundovať dovnútra. Takže rastlina nebude mať CO2 jedine vtedy,
(preto "jedine", lebo máme tony CO2 v atmosfére)
keď sú prieduchy zatvorené. A kedy sú zatvorené? Iba vtedy,
keď je naozaj teplo. A rastlina nechce stratiť vodu. Pretože
transpiráciou rastlina neustále stráca vodu. A teda, rastlina, keď je horúci deň,
má skutočne tažkú voľbu. Ak otvorí prieduchy, stratí vodu.
Mohla by vyschnúť. Ak ich zavrie, nezíska oxid uhličitý a tým
začne vykonávať fotorespiráciu. Samozrejme príroda časom prišla s riešeniami.
A tie sa vyskytujú len u rastlín žijúcich v skutočne teplých
prostrediach. Takže tu je prvé riešenie. A úplne dáva zmysel.
Dá sa nájsť u CAM rastlín. CAM rastliny sú napríklad tučnolisty alebo ananás.
Tieto rastliny otvárajú svoje prieduchy iba v noci.
Vtedy naberú CO2 a vytvoria z neho kyselinu jablčnú. Uchovávajú
ju vo vakuolách buniek. A počas dňa
môžu uzavrieť prieduchy, aby neprišli o vodu. A môžu si tiež
vziať oxid uhličitý z kyseliny jablčnej a použiť ho v Calvinovom
cykle na výrobu sacharidov. Takže skvelé na CAM rastlinách je,
že naberajú oxid uhličitý v noci, keď je chladno. Preto môžu cez deň zatvoriť prieduchy
a nestratia vodu. Ďalším príkladom sú C4 rastliny. Tie namiesto
pracovania vo dne a v noci, naberú oxid uhličitý a
použijú enzýmy na výrobu štvoruhlíkovej molekuly. Tá sa
presunie do určitých buniek vnútri listu - bunky pošvy cievneho zväzku.
A potom môžu jednoducho zaviesť oxid uhličitý do Calvinovho cyklu tam.
Obe tieto riešenia sú v podstate o získaní CO2 vtedy, keď je to možné,
o vytvorení látky z neho, na to aby ju mohli použiť v Calvinovom cykle
a nemuseli čakať, kým oxid uhličitý difunduje dovnútra.
Samozrejme, že tam budú dodatočné kroky, a preto aj viac energie potrebnej.
Kvôli tomu môžeme tieto riešenia vidieť iba na miestach, kde je naozaj teplo. Príkladom C4 rastliny,
ktorou sa všetci živíme, a v skutočnosti väčšina z nás je z nej takpovediac vyrobená
je kukurica. Takže toto je fotosyntéza. Drobným problémom je fotorespirácia. Ale dúfam, že som bol nápomocný.