Malá fyziologie rostlin (KEBR562), ZS 2012
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 42

Malá fyziologie rostlin (KEBR562), ZS 2012 PowerPoint PPT Presentation


  • 102 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Malá fyziologie rostlin (KEBR562), ZS 2012. Fotosynt éza II. Sekundární procesy – fixace uhlíku. Tomáš Hájek tomas.hajek@prf.jcu.cz Jiří Šantrůček. Vše pochází ze slunce …. Člověk když jí, tak roste. Ale z čeho roste strom …? Co jí ?. Z vody.

Download Presentation

Malá fyziologie rostlin (KEBR562), ZS 2012

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Malá fyziologie rostlin (KEBR562), ZS 2012

FotosyntézaII. Sekundární procesy – fixace uhlíku

Tomáš Hájektomas.hajek@prf.jcu.cz

Jiří Šantrůček


Vše pochází ze slunce …


Člověk když jí, tak roste.

Ale zčeho roste strom …?

Co jí ?

Z vody.


Joseph Priestley (1733-1804) anglickýchemik, filozof, duchovní a pedagog. Proslavil se jako objevitel oxidu uhličitého a spoluobjevitel kyslíku. Hájil flogistonovou teorii. Flogiston=substance, která ozdravuje vzduch „vitiated by animal respiration“

O sto šedesát let později :

Ale nejen z vody …

Také vyměňuje něco se vzduchem (flogiston) 1770

Ingen-Housz: jen zelené části rostlin mají tuto schopnost (1779)

Liebig (německý chemik, 1840): jediným zdrojem uhlíku pro rostliny je CO2 v atmosféře


Z čeho roste strom?

(Jaké látky z okolí jsou potřeba k fotosyntéze ?)


Asimilace CO2 rostlinami

Malvin Calvin, Andrew Benson a James A. Bassham

M. Calvin (1911-1997)

Nobelova cena za chemii 1961


Calvin-Bensonův cyklus

(PCR = Photosynthetic Carbon Reduction)


Fotosyntetické procesy v chloroplastech - souhrn


Schéma a stechiometrie

Calvinova cyklu

Jaká je energetická potřeba pro fixaci jedné molekuly CO2?

Která fáze je energeticky nejnáročnější?

fosfoglycerát

Na 3 mol CO2

Redukce: 6 ATP

6 NADPH

Regenerace:

3 ATP

1 CO2: 3 ATP + 2 NADPH

fosfoglyceraldehyd


V jaké stabilní molekule seprvně objeví nověasimilovaný uhlík?


Všimněte si jak se strukturou molekuly

liší první a konečný produkt redukční

fáze Calvinova cyklu.


A zase trochu jinak, tentokrát česky s obrázkem z Wikipedie


Ale co enzymy?

RUBISCO


Rubisco

nebo názorněji

RuBisCO

8 malých podjednotek

(červeně, viditelné 4) a osmi

velkých podjednotek (modře a

zeleně dimery).

Katalytické centrum je na velkých, které jsou kódovány v DNA chloroplastu.

Malé jsou kódované v jádře.

Je to nejčetnější protein na Zemi (cca polovina proteinů v rostlině – je totiž velmi pomalý).

Kofaktorem je atom horčíku (Mg).


Tři kroky nutné pro to, aby RuBisCO

mohla karboxylovat RuBP (aktivace).

Odštěpení

fosforylovaného

cukru

1.

3.

Vazba Mg(z tylakoidů)

Výsledkem nutnosti RuBisCO aktivovat je nástup fotosyntetické fixace CO2 (fáze indukce) pomalý (musí se rozběhnout primární procesy)

karbamylace

na lyzinu v RC

2.


H-C-OH

Fotorespirace

Na RuBisCO soutěží o vazbu CO2 a O2

(Karboxylace nebo Oxygenace)

PCR cyklus

Glykolátový cyklus = tzv. fotorespirace

O2

CO2

CO2


První stabilní produkty oxygenace

První stabilní produkty asimilace CO2


V peroxizómech

V mitochondriích


K čemu fotorespirace je vůbec dobrá?

Co je důsledkem oxygenační aktivity RuBisCO ?

Fotosyntéza+ fotorespirace


CO2 koncentrační mechanismy,

C4, CAM


Kde v přírodě mají (měly) rostliny málo CO2 ?


PEP-karboxyláza

CO2

RuBisCO


C3 anatomie listu oleandru

C4 anatomie listu kukuřice


Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách

Mezofylovábuňka

Věnčitá buňka


Procesy C4 fotosyntézy a jejich rozdělení v buňkách


C4 fotosyntéza a změny CO2 v atmosféře: čím více tím hůře

C3 profit

C4 profit


Jaký je klíčový enzym C4 fotosyntézy ?

Jaké ekologické prostředí preferují C4 rostliny?


CAM rostliny

Crassulaceae Acid Metabolism


CAM rostliny


Produkce cukru a škrobu, asimiláty


Faktory prostředía fotosyntéza


Faktory prostředí a fotosyntéza

Glacial

150 ppm CO2

Pre-industry

270 ppm

Current

350 pm

Future

700 ppm


CO2 křivka fotosyntézy

Světelná křivka fotosyntézy


Short intro into stable isotopes fractionation.Carbon

Informaton for biological chemistry students 2008


Global scale

16O

16O

12C

13C

16O

Informaton for biological chemistry students 2008

16O

1,1114%

(1 111,4)

98,8886%

(100 000)


Global scale

13C

12C

1 111

100 000

Informaton for biological chemistry students 2008

100 000

1 082

13C =26 ‰

=[1-(1082/100000)/(1111/100000)]*1000


4.4

28

Why

doestheplant ‘dislike’13C ?

Stomata control

of gas exchange

Photosynthesis

research

  • Diffusion discriminates heavier 13CO2

  • Rubiscocarboxylase discriminates 13CO2

The model of 13C discrimination (13C)

Due to barriers for diffusion (closing stomata) or consumption of CO2 (high photosynthesis rate) the ci/ ca ratio will decrease and sugars produced in photosynthesis will be enriched in 13C. Secondary products (cellulose, lignin, suberin …) will also keep the isotopic signature.


Figure: DER SPIEGEL, 5/2000

Authenticity of

foot products

=0

=18

=5

Data from 351 C3

and C4 Poaceae

species

(Vogel 1980)

C3

C4

Information for biological chemistry students 2008


Balochistan

Karak

Peshawar

pC3 = fraction of C3

Vegetationhistory

Isotopiccompositionofoldandnewcarpetsshowsthe decline in

proportionof C4plants in Pakistanmountainpastures.

Consequenceofrising CO2 ?

Informaton for biological chemistry students 2008

Mountain pasture

Hans Schnyder et al.2006


Jediným zdrojem uhlíku pro rostliny je CO2 v atmosféře (Liebig 1840)

Fáze, klíčový enzym, substrát, produkt a energetická náročnost Calvinova cyklu; stechiometrie fixace CO2

Vlastnosti Rubisco, fotorespirace (O2 závislost, kompartmentace v buňce); aktivace Rubisco

C4 fotosyntéza; biochemické, anatomické rozdíly proti C3 rostlinám; ekologické důsledky, biodiverzita, globální produkce C4 rostlin

CAM – rozdíly proti C4 fixaci CO2

Od triozofosfátů ke škrobu a sacharóze

Závislost rychlosti fotosyntézy na ozářenosti a na koncentraci CO2.

Izotopová frakcionace uhlíku při fotosyntéze.

Shrnutí


  • Login