Primární procesy fotosyntézy

Jedná se o chemické děje probíhající v tylakoidech chloroplastů spojené s absorpcí světelné energie (světlá fáze) a její přeměnou na energii chemické vazby ATP (adenosintrifosfát). Postupně probíhá absorpce světelné energie, přenos elektronů, fotolýza vody a vznik ATP.

Absorpce světelné energie

Světlosběrné antény loví světelné záření.

Dva fotosystémy pigmentů v tylakoidech chloroplastů fungují jako „pasti“ na fotony světelného záření. Jakmile některá z molekul fotosystému zachytí foton, je excitační energie na principu induktivní molekulární rezonance předávána z jedné molekuly barviva na druhou, dokud nedosáhne molekul chlorofylu a, umístěných v reakčním centru fotosystému. Zde začíná vlastní přenos elektronů, tedy první světlem poháněná reakce fotosyntézy.

• fotosystém I: karoteny → karotenoidy → chlorofyl b → různé druhy chlorofylu a → chlorofyl a1 (λ = 700 nm)

• fotosystém II: xantofyly → karotenoidy → chlorofyl b → různé druhy chlorofylu a → chlorofyl a2 (λ = 680 nm)

Přenos elektronů

Chlorofyl a se jako jediný z barviv dokáže přímo zúčastňovat světelných reakcí, které přeměňují sluneční energii na energii chemickou. Ostatní barviva na thylakoidní membráně (chlorofyl b, karotenoidy) světlo pohlcují a přenášejí energii do tzv. reakčního centra na chlorofyl a.

• chlorofyl a absorbuje energii 2 fotonů (= excitace)

• obohacené elektrony se uvolní a jsou přenášeny redoxními systémy

Fotolýza vody

Součástí fotosystému II je i bílkovinný komplex obsahující mangan, který štěpí molekuly vody (fotolýza vody) – dochází k rozkladu molekuly vody účinkem světla, při reakci jako vedlejší produkt vzniká kyslík:

• 2 H₂O → ½ O2 + 2 H+ + 2 elektrony

Vznik ATP

Vznik ATP ve světelné fázi fotosyntézy označujeme jako fotofosforylaci. Při tvorbě ATP v chloroplastech je využívána světelná energie, nejsou tedy zapotřebí energeticky bohaté sloučeniny (např. cukry), jak je tomu při vzniku ATP oxidativní fosforylací v mitochondriích.

• redoxní systémy jsou řazeny za sebou

• elektrony ztrácejí při přechodu část energie, dochází k její fixaci do chemické vazby

• získávání ATP:

  • cyklická fosforylace: pracuje fotosystém I, uvolněný elektron se vrací do chlorofylu a1

  • necyklická fosforylace: pracují oba fotosystémy

(FRS - feredoxin redoxní systém, CHL - chlorofyl)

Zdroje

• JELÍNEK, Jan a Vladimír ZICHÁČEK. Biologie pro gymnázia: (teoretická a praktická část). 9. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2007, 575 s., [92] s. barev. obr. příl. ISBN 978-80-7182-213-4.
• MACHÁČEK, T. et al. Biomach, výpisky z biologie [online]. 2005– [cit. 2014-11-05]. Dostupné z: www.biomach.cz.
• ROMANOVSKÝ, Alexej. Obecná biologie. 2. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1988, 695 s.
• ROSYPAL, Stanislav. Přehled biologie. 1. vyd. Praha: Scientia, 1994, 635 s. ISBN 80-858-2732-8.
• Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2014-11-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotosynt%C3%A9za
• Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Václav Hubáček a Tomáš Pospíšil