☀️ Fotosyntéza a fyziologie rostlin

Dvě fáze

O čem to je

Každé sousto jídla – i řízek – pochází nakonec z rostlin. A každý nádech kyslíku také. Rostliny umějí něco, co my ne: ze světla, vody a vzduchu vyrobit cukr. Tomu se říká fotosyntéza.

Tady rozebereme, jak přesně fotosyntéza probíhá, kde v buňce se odehrává a odkud se bere kyslík, který dýcháme.

Nové pojmy

FotosyntézaDěj, při kterém rostlina pomocí světla vyrobí z oxidu uhličitého a vody cukr (glukózu) a uvolní kyslík.
ChloroplastOrganela rostlinné buňky, ve které fotosyntéza probíhá. Uvnitř má váčky – tylakoidy – a mezi nimi tekutinu – stroma.
ChlorofylZelené barvivo v tylakoidech, které zachytává světlo. Hlavní je chlorofyl a.
ATP a NADPHDvě „nabité baterie“ buňky. ATP nese energii, NADPH nese vodík (elektrony) potřebný ke stavbě cukru.
Fotolýza vodyRozštěpení molekuly vody světlem. Uvolní se z ní kyslík, vodík a elektrony.

Celková rovnice

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ (za světla, v chloroplastu). Čti: šest molekul oxidu uhličitého a šest molekul vody dá jednu molekulu glukózy a šest molekul kyslíku.

Dvě fáze

Primární (světelná) fázeSekundární fáze (Calvinův cyklus)
kdemembrány tylakoidůstroma
co se dějefotolýza vody, vzniká O₂, ATP a NADPHfixace CO₂ enzymem RuBisCO, vzniká cukr
světlonutnépřímo ne
vstupsvětlo, vodaCO₂, ATP, NADPH
výstupO₂, ATP, NADPHcukr
RuBisCOEnzym (bílkovina urychlující reakci), který ve stromatu připojí CO₂ k organické molekule. Je to nejrozšířenější bílkovina na Zemi.

Shrnuto: světelná fáze nabije baterie (ATP, NADPH) a jako „odpad“ pustí kyslík. Calvinův cyklus baterie vybije na stavbu cukru z CO₂.

Odkud pochází kyslík, který rostlina uvolní?
Z vody – při fotolýze ve světelné fázi. Kyslík z CO₂ se zabuduje do cukru (a vody), ne do vzdušného O₂.
Kolik molekul CO₂ je třeba na jednu molekulu glukózy C₆H₁₂O₆?
Glukóza má 6 uhlíků a každý pochází z jedné molekuly CO₂ → 6 molekul CO₂.

Rostlina také dýchá

Rostlina potřebuje energii z cukru stejně jako ty. Buněčné dýchání v mitochondriích probíhá neustále, ve dne i v noci. Přes den je jen překryté fotosyntézou, která kyslíku vyrobí víc, než rostlina spotřebuje.

✗Rostliny ve dne fotosyntetizují a v noci dýchají.
✓Rostliny dýchají pořád. Fotosyntéza probíhá navíc, když je světlo.

Každá živá buňka potřebuje ATP z dýchání nepřetržitě – i listy na slunci.

Fotosyntéza: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Světelná fáze v tylakoidech (fotolýza vody, O₂, ATP, NADPH), Calvinův cyklus ve stromatu (RuBisCO fixuje CO₂). Kyslík pochází z vody.

Koloběh a hormony

O čem to je

Rostlina nemá svaly, nervy ani srdce. Přesto dostane vodu do koruny stromu, ohne se za oknem ke světlu, ví, kdy kvést a kdy shodit listí. Jak?

Odpověď: fyzika výparu, chemická „továrna na cukr“ a rostlinné hormony – signální látky, které řídí růst. Tohle vysvětlení vezme fotosyntézu jako koloběh a pak ukáže, jak rostlina řídí sama sebe.

Nové pojmy

FotosyntézaVýroba cukru z CO₂ a vody pomocí světla v chloroplastech. Vedlejší produkt je kyslík (z vody). Rovnice: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.
ATP a NADPHMolekuly, které ve světelné fázi fotosyntézy vzniknou díky světlu a nesou energii a vodík pro stavbu cukru.
StromaTekutina uvnitř chloroplastu kolem váčků tylakoidů. Ve stromatu se staví cukr.

Calvinův cyklus jako výrobní kruh

Ve stromatu běží dokola kruh reakcí. Klepej na kroky a sleduj, co se děje. Výchozí molekula se jmenuje RuBP (ribulóza-1,5-bisfosfát) a enzym, který na ni naváže CO₂, je RuBisCO.

  1. fixace – RuBisCO naváže CO₂ na RuBP
  2. redukce – pomocí ATP a NADPH vzniká cukr
  3. část cukru odchází (glukóza, škrob)
  4. regenerace – zbytek obnoví RuBP

Cesta vody stromem

TranspiraceVýpar vody z listů, hlavně průduchy. Vytváří sání, které táhne vodu nahoru.
Kořenové vlásky přijmou vodu z půdy.
Kořenový vztlak ji tlačí do xylému (cév dřeva).
Molekuly vody drží při sobě (soudržnost) – tvoří nepřerušený sloupec.
Listy vodu vypařují (transpirace) – sloupec je tažen vzhůru jako brčkem.
GutaceVylučování kapek vody ze špiček listů, když je vzduch nasycený vlhkostí a výpar nejde.Ranní kapky na okrajích listů jahodníku – nejsou to rosa.

Rostlinné hormony

FytohormonLátka, kterou rostlina tvoří v malém množství a která na jiném místě řídí růst a vývoj.

Ke každému hormonu si nejdřív řekni účinek, pak kartu otoč.

  • auxiny – prodlužování buněk, fototropismus, vrcholová (apikální) dominance
  • gibereliny – prodlužování stonku, klíčení
  • cytokininy – dělení buněk, zpomalují stárnutí
  • kyselina abscisová – zavírání průduchů, klid (dormance)
  • ethylen – zrání plodů, opad listů
Tropismus a nastieTropismus je ohyb podle směru podnětu: fototropismus – ke světlu, gravitropismus – podle zemské tíže (kořen dolů). Nastie je pohyb nezávislý na směru podnětu.Tulipán otvírá květ v teple – nastie.
Proč se kytka na parapetu ohýbá k oknu?
Auxin se hromadí na zastíněné straně stonku. Tam se buňky víc prodlužují, stonek se ohne ke světlu – fototropismus.
Proč banány dozrají rychleji v sáčku s jablkem?
Zralé jablko uvolňuje plyn ethylen, který urychluje zrání plodů. V sáčku se ethylen hromadí.
✗Vodu tlačí do koruny hlavně kořeny.
✓Hlavní hnací silou je transpirace – výpar z listů táhne vodu nahoru.

Kořenový vztlak stačí jen na malou výšku. Do desítek metrů vodu dostane sání z listů a soudržnost vodního sloupce.

Calvinův cyklus: fixace CO₂ (RuBisCO) → redukce (ATP, NADPH) → cukr → regenerace RuBP. Transpirace táhne vodu xylémem. Hormony: auxin (fototropismus), ethylen (zrání), kyselina abscisová (průduchy), cytokininy (dělení), gibereliny (prodlužování).
🌿Pletiva a orgány rostlin🌲Systém a rozmnožování rostlin