ZÁKLADNÍ FYZIOLOGICKÉ DĚJE V ROSTLINĚ

Fotosyntéza:
Fotosyntéza je základním procesem vzniku organických látek rostlinného těla. Fotosyntéza se jí říka proto, že k přeměně jednoduchých minerálních látek (voda, CO2) na složitější organické látky – syntéze – využívají zelené rostliny energie fotonů viditelné části slunečního spektra, tj. fotonů vlnových délek 400 – 750 nm. Tyto fotony zachycují barviva plastidů – chlorofyly a (všechny rostliny), b, c, d zachycují fotony modrofialové a červené části spektra, přídatná barviva pohlcují světlo v zelené oblasti a zvyšují tak jeho zachycování – fykocyan, fykoerytrin – zelenožlutá, xyntofyly, kartenoidy – modrozelená. Molekuly asimilačních barviv se seskupují do tzv. fotosystémů – fotosystém I – dlouhovlnnější formy chlorofylu a (a1), fotosystém II – krátkovlnnější formy chlorofylu a (a2). Chlorofyl a je jediné barvivo, které dokáže absorbovat světelné fotony, a proto všechna asimilační barviva předávají jimi zachycené fotony chlorofylu a Průběh: Fotosyntéza se skládá ze dvou fází: světelné a temnostní.

Světelná fáze – primární procesy: Primární procesy jsou přímo závislé na světle – fotochemické – v jejich průběhu se přeměňuje světelná energie na chemickou. Tyto reakce trvají krátce. Ve světelné fázi se chlorofyl a1 pohlcením fotonu dostane do exitovaného stavu, čímž každá jeho molekula uvolní jeden elektron (celkem dva). Elektrony jsou přeneseny na akceptor, zatím neznámý. Transport pokračuje na ferredoxin (obsahuje dva ionty Fe3+), který se tím pádem redukuje. Dále se elektron řadou přenašečů – řadou redoxních reakcí – dostává zpět do chlorofylu. Energie uvolněná při tomto přenosu je využita na tvorbu molekul ATP. Tato cesta tvorby ATP se nazývá cyklická fotofosforylace.
Další součástí světelné fáze je necyklická fotofosforylace. Stejně jako předchozí je i tento proces spojen s tvorbou molekul ATP, které jsou potom využívány v temnostní fázi. ATP se však tvoří jiným způsobem: Elektron emitovaný chlorofylem a1 se přes ferredoxin dostává na jiný přenašeč a na konečný akceptor NADP+. Ten je redukován pomocí protonů získaných fotolýzou vody na NADPH + H+. Také z molekul chlorofylu a2 jsou emitovány dva elektrony, které se řadou přenašečů dostávají k molekule chlorofylu a1, který se tím redukuje. Energie uvolněná při těchto reakcích je opět využita pro tvorbu ATP.

S necyklickým tokem elektronů je spojena fotolýza vody – Hillova reakce. Molekuly vody jsou účinkem světelných kvant rozkládány na kyslík, protony a elektrony. Elektrony vody doplní molekulu cholrofylu a2, protony jsou využity k redukci NADP+ a kyslík je uvolněn do ovzduší.

Temnostní fáze – sekundární procesy: Tyto procesy jsou sérií enzymových reakcí, které jsou na světle závislé nepřímo – spotřebovávají ATP z první fáze. Mají pomalý průběh. V této fázi je nejprve vzdušný oxid uhličitý redukován za redukčního činidla NADPH + H+ a energie ATP. Vznikající cukr je dalšími enzymatickými reakcemi přeměněn na stálé produkty fotosyntézy – asimiláty (škrob, bílkoviny, tuky, atd.). Proces probíhá ve stromatu chloroplastů několika metabolickými cestami. Nejznámější je Calvinův cyklus.

Intenzita fotosyntézy: stanovuje se měřením výdeje kyslíku nebo spotřebou oxidu uhličitého. Závisí na řadě vnitřních (množství chloroplastů v buňkách, celkový stav a stáří rostliny) a vnějších (intenzita a kvalita světla, délka osvětlení, teplota – 25 -30°C, obsah CO2 ve vzduchu, dostatek vody a minerálních látek) faktorů.
Fotosyntéza je jediný proces na Zemi, při kterém je kyslík uvolňován.
Rovnice fotosyntézy: 6 CO2 + 12 H2O —> C6H12O6 + 6 H2O

Dýchání:
Za okolností, při kterých rostliny nemohou fotosyntetizovat, získávají rostliny energii pro své životní funkce rozkladem zásobních látek na látky jednodušší. Tento proces se nazývá disimilace. Disimilační proces je ve skutečnosti složitým sledem enzymatických reakcí, které se souhrně označují jako dýchací řetězec. Dýchání (buněčné) probíhá ve dvou etapách – anaerobní glykolýza a oxodativní fosforylace.

Anaerobní glykolýza: Při anaerobní glykolýze se molekula glukosy postupně rozštěpí na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové. Štěpení se účastní osm enzymatických reakcí v přesném sledu. Uvolněná energie je ukládána do makroenergetických vazeb fosfátových – vazby kyseliny adenosintrifosforečné – ATP. Při tomto štěpení se uvolní dvě molekuly ATP, každá s energetickou hodnotou 50 KJ = 100 KJ.
Enzymy katalizující reakce anaerobní glykolýzy jsou rozpuštěny v základní cytoplazmě, což svědčí o starobylosti a původnosti tohoto děje.

Oxidativní fosforylace: Mechanismus oxidativní fosforylace spočívá v oxidaci vodíku. Vodíky nejsou ovšem odnímány přímo glukose, ale jedodušším látkám, které vznikají jejím odbouráváním. Čtyři vodíky jsou odňaty již při anaerobní glykolýze při vzniku kys. pyrohroznové. Ta je v buňce dále přeměňována a produkty vstupují navázány na acetyl-CoA do Krebsova cyklu (cyklus kyseliny citronové). Během tohoto cyklu dochází k dalším dehydrogenacím a dekarboxylacím, takže nakonec celá molekula glukosy může být v dýchacím řetězci vzdušným kyslíkem oxidována na oxid uhličitý a vodu.Přitom se uvolní značné množství energie, které se ukládá do molekul ATP. Při jednom cyklu oxidativní fosforylace se uvolní 36 molekul ATP.

Z energetického hlediska je dýchací řetězec nejdůležitější děj aerobního katabolismu. Je lokalizován na vnitřní membráně mitichondriálních krist.
Buněčné dýchání ovlivňuje několik faktorů jak vnějších (teplota prostředí – 25 – 30°C, obsah kyslíku v prostředí, přítomnost některých látek, které působí jako jedy buněčného dýchání), tak vnitřních (fyziologický stav rostliny a její stáří, obsah vody v pletivech, množství zásobních látek).

Transpirace:
Transpirace – vypařování – výdej vodní páry především listy. Páru může vydávat buď celým povrchem listu – kutikulární transpirace (méně než 10 % celkové transpirace) nebo štěrbinami průduchů – stomatární transpirace (hlavní podíl celkové transpirace). Tento výdej je ovlivněn – regulován otevíráním a zavíráním průduchů. Transpirační koeficient: udává, kolik gramů vody rostlina spotřebuje na vytvoření 1 g sušiny.

Intenzita transpirace – rychlost odpařování vody. Množství vydané vody jednotkou listové plochy za jednotku času. Mění se během dne a během vegetačního období. V noci převládá převládá příjem vody, ve dne transpirace.
Transpirace je taktéž ovlivňována několika faktory: Vnitřní – Stavba, tloušťka i chemické složení kutikuly, velikost, počet a postavení průduchů, velikost průduchové štěrbiny, stáří a počet listů, stáří celé rostliny.
Vnější – Teplota vzduchu – čím vyšší, tím intenzivnější transpirace. Vlhkost vzduchu – s rostoucí vlhkostí transpirace klesá. Pohyb vzduchu – vítr odstraňuje vzduch s vodními parami z okolí listů – zvýšení výparu. Světlo – zvyšuje transpiraci. Množství dostupné vody v půdě. Množství popílku a kouřových plynů – škodí.
Význam transpirace: zásobování všech částí rostliny živinami, termoregulace, souvislé rostlinné porosty transpirací vyrovnávají teplotní rozdíly mezi dnem a nocí.