Fotosyntéza rostlin a jejich vlastnosti

Fotosyntéza rostlin je komplexní fyzikálně-biochemický proces, kterým rostliny přeměňují elektromagnetickou energii na slunci na chemickou energii používanou v organických sloučeninách. Tento proces je založen na řetězci oxidačních a redukčních chemických reakcí, v důsledku čehož se elektrony přenášejí z donorových redukčních činidel, které jsou vodík a voda, na akceptory, které jsou oxidačními činidly. V tomto případě se vytvářejí uhlohydráty a O2 se uvolňuje během oxidace vody.

Fotosyntéza rostlin má dvě po sobě jdoucí fáze. První stupeň se nazývá světlo (fotochemický). V této fázi se kvantová světelná energie převádí na chemickou energii pro spojení vysokoenergetických sloučenin a také do univerzálního redukčního činidla. Ve druhé fázi nazývané tmavé (metabolické), výsledná chemická energie a univerzální redukční činidlo podléhají cyklu fixace a obnovy oxidu uhličitého, což vede k tvorbě sacharidů. Mechanismus fotosyntézy rozděluje světelné a tmavé stupně nejen časově, ale i vesmírně. Světlá fáze prochází ve speciálních tylakoidních membránách transformujících energii, zatímco tmavé reakce procházejí buď v stromu chloroplastu nebo v cytoplazmě.

Fotosyntéza a respirace rostlin je založena na absorpci světelných kvant, přičemž hlavní roli hrají chlorofyly, jejichž absorpční spektrum zahrnuje viditelnou oblast, stejně jako části infračervených a ultrafialových oblastí, které jsou nejblíže. Hlavním pigmentem pro všechny rostliny, které provádějí fotosyntézu, je chlorofyl a. Zelené řasy, mechy a cévní rostliny mají také chlorofyl b, který rozšiřuje absorpci světelného spektra. Některé druhy řas také obsahují chlorofyly c a d. Kromě chlorofylu se podílejí také na absorpci světla karotenoidy a fykoobiliny.

Po absorpci světla začíná fotochemická fáze, ve které se účastní dva fotosystémy typu I a II (PS1 a PS2). Každý z fotosystémů se skládá z reakčního centra, kde se oddělují náboje, elektrického transportního řetězce, kde jsou elektrony oxidovány, a souboru komponent, který provádí procesy fotooxidace vody a regenerace reakčního centra. V reakčních centrech se kvantová světelná energie převádí na chemickou, a pak se elektrony pohybují podle gradientu elektrochemického potenciálu, který je elektronovým transportním řetězcem fotosyntézy.

Fotosystém typu II provádí reakce na fotooxidaci vody, v důsledku čehož vzniká kyslík a proton H +. Souběžně s fotosyntetickým transportem elektronů dochází k přenosu protonů z chloroplastu do oblasti intralithic. Výsledkem reakcí jsou NADPH a ATP, které jsou primárními produkty fotosyntézy. Další fotosyntéza rostlin vytváří enzymatické reakce, při kterých se získají z proteinů uhlovodíků, sacharidů a tuků. Pokud má tmavý metabolismus orientaci bez sacharidů, vytvoří se aminokyseliny, organické sloučeniny a bílkoviny.

Metabolické procesy podle typu fixace CO2 se dělí na fotosyntézu C3-, C4- a CAM. Sacharidy, které jsou tvořeny v tmavém stadiu fotosyntézy, mohou být uloženy v chloroplastu jako sloučeniny škrobu, pocházejí z chloroplastů za vzniku nových buněk a slouží jako zdroj energie pro metabolické reakce.

Fotosyntéza rostlin využívá pouze 1-2 procent absorbované světelné energie. Intenzita fotosyntetického procesu je ovlivněna spektrálním složením a intenzitou světla, teplotou, vodním režimem rostliny a její minerální výživou, koncentrací CO2 a O2 a dalšími faktory prostředí.