Fotosyntéza

Rastliny C3

Patrí sem väčšina rastlín mierneho pásma. Je to nevýhodnejší proces ako u rastlín C₄, lebo v priebehu fotosyntézy majú rastliny otvorené prieduchy a preto vytvorené organické látky (OL) môžu byť hneď rozkladané v procese fotorespirácie. Majú cyklus karboxylových kyselín – Calvinov-Bensonov cyklus.
Princíp:
1) karboxylácia
Tu vstupuje CO₂, viaže sa na akceptor ribulózy – 1,5 bifosfát (RuBP), vznikne nestály šesťuhlíkatý produkt, ktorý sa vzápätí rozpadne na dve molekuly trojuhlíkatej kyseliny ⇒ názov rastlín C₃.
2) redukcia
Tu vstupuje redukčné činidlo NADPH + H⁺. Časť (1/6) z produktu, ktorý vznikne sa zúčastňuje na tvorbe sacharidov, ďalšia časť 5/6 putuje do tretej fázy.
3) regenerácia
5/6 prvotného produktu sa využije na regeneráciu akceptora ribulózy – 1,5 bisfosfátu. Vzniknutá glukóza sa ukladá do zásoby podľa druhu bunky vo forme sacharózy, škrobu alebo sa z nej vytvoria tuky a bielkoviny.

Rastliny C4

Základný enzým fotosyntézy, Rubisco, neviaže len CO₂, ale môže viazať aj vzdušný kyslík (tento proces nazývame fotorespirácia). Viazanie vzdušného kyslíka je pre rastliny nežiaduce, pretože pritom dochádza ku strate energie. Pomer CO₂ : O₂, ktorý je viazaný Rubiscom závisí od ich pomeru v atmosfére. Čím je viac CO₂, tým je tmavá fáza fotosyntézy efektívnejšia. Preto si niektoré rastliny vytvorili mechanizmus, ktorým dokážu lokálne naakumulovať CO₂, potlačiť fotorespiráciu a tým zvýšiť efektivitu svojej fotosyntézy. Keďže CO₂ trasportujú vo forme 4-uhlíkatých látok (napr. kyseliny jablčnej = malát), nazývame takéto rastliny C₄-rastlinami.
Sú to hlavne tropické a subtropické rastliny a niektoré jednoklíčnolistové rastliny napr. kukurica, proso ale aj cukrová trstina. Majú odlišnú anatomickú stavbu listu, majú 2 druhy chloroplastov:
a) mezofylové – viažu účinne CO₂ na vonkajšej strane
b) chloroplasty pošiev cievnych zväzkov – spracúvajú CO₂ a umožňujú ekonomickejšie využitie CO₂
Tieto rastliny majú tzv. cyklus dikarboxylových kyselín – Hatch-Slackov cyklus.
1) karboxylácia
Prebieha v mezofylových chloroplastoch. Prvým akceptorom CO₂ je fosfoenolpyruvát, ktorý sa mení postupne na oxalacetát zvaný taktiež malát. Tu vznikajú 4. uhlíkaté kyseliny čo má za pomenovanie týchto rastlín C₄.
2) redukcia
Je to v podstate Calvinov cyklus, pôsobením enzýmu sa z malátu, ktorý prechádza do chloroplastov pošiev cievnych zväzkov odštepuje CO₂ a viaže na ribulózo – 1,5 bisfosfát a prebieha Calvinov cyklus.
3) regenerácia
Odštiepením CO₂ z malátu vzniká produkt pyruvát, ktorý prechádza späť do mezofylových chloroplastov a prostredníctvom enzýmu sa mení na akceptor Fosfoenolpyrulát.

Rastliny CAM

Cyklus je charakteristický pre sukulenty (púštne rastliny). Je ten istý ako u C₄ rastlín ale prejavujú rytmus deň a noc v dôsledku výkyvu teplôt.
noc: Musia vytvoriť rezervu CO₂ vo forme malátu alebo oxalacetátu a prebieha Hatch-Slackov cyklus. Prieduchy sú otvorené a prebieha výmena plynov.
deň: Keďže ATP a NADPH + H⁺ sú k dispozícii len za svetla prebieha cez deň Calvinov cyklus. Prieduchy sú zatvorené, čím sa zabraňuje k strate vody v rastline vyparovaním.

Svetlo

Svetlo je primárnym zdrojom energie pre fotosyntézu. Dôležitá je jeho kvalita (farba), intenzita a čas pôsobenia. Orgánom fotosyntézy pri rastlinách je list, absorbuje až 2 – 3 % svetla, zvyšok prepúšťa alebo odráža, len niektoré zelené riasy absorbujú až 20 % slnečného žiarenia ako napr. chlorela.
Maximum absorpcie svetla pripadá na vlnové dĺžky okolo 640 – 700 nm, čo je červené svetlo. Listy dobre absorbujú ešte modré svetlo vlnových dĺžok 430 – 460 nm, čo zodpovedá absorpcii chlorofylu ako hlavného fotosyntetického farbiva. Ostatné vlnové dĺžky môžu rastliny absorbovať vďaka rôznym prídavným farbivám. Ich zastúpenie v listoch je však menšie a aj efektivita využitia takto absorbovaného svetla vo fotosyntéze je nižšia.

Oxid uhličitý

Koncentrácia oxidu uhličitého (CO₂) v ovzdušie ovzduší je 0,03 %. Táto zložka atmosféry je základom výživy celého organického sveta. Jeho množstvo sa v ovzduší zvyšuje produkciou baktérií, rozkladom organických látok, dýchaním a spaľovaním fosílnych palív. Vyššia koncentrácia CO₂ znamená aj väčšiu efektivitu fotosyntézy (hlavne pri C₃ rastlín), ale zrýchlenie fotosyntézy je často len dočasné a to kvôli iným faktorom, ktoré na ňu vplývajú (napr. dostupnosť minerálnych látok, hlavne dusíka).

Voda

Voda (H₂O) je dôležitá pre život samotného fotosyntetizujúceho organizmu, ale aj ako dôležitý donor elektrónov v priebehu fotosyntetickej reakcie. Z vody pochádza aj kyslík, ktorý sa pri fotosyntéze uvoľňuje. Ak je nedostatok vody, neprebieha  fotolýza vody, rastlina zatvára prieduchy a tak obmedzí prísun CO₂. Neprebiehajú deje fotosyntézy, zníži sa množstvo ATP rastlina vädne a neskôr môže uhynúť.

Teplota

Fotosyntéza sa uskutočňuje v rozmedzí teplôt, ktoré znášajú bielkoviny a pri ktorých nemrzne voda (0 °C až 40 °C). Pri vyšších alebo nižších teplotách fotosyntéza neprebieha.
Efektivita fotosyntézy je podmienená aj typom rastliny. Vo všeobecnosti je pre ihličnany ideálna teplota v rozmedzí 15;°C až 25;°C, zatiaľ čo pre listnaté stromy mierneho pásma je ideálne teplota v rozmedzí 20;°C až 30;°C.
Optimum teploty pre fotosyntézu C₃ rastlín je obvykle nižšie ako pri C₄ rastlín. Preto sú C₄ rastliny v prírode výraznejšie zastúpené v teplých zemepisných šírkach.

Kyslík ako jed pre rastliny

Zelené farbivo chlorofyl produkuje pri slnečnom žiarení nielen tripletový kyslík, ale napomáha tiež premene vylučovaného kyslíku z tripletového stavu na stav singletový. Keďže singletový kyslík oxidačne rozkladá listovú zeleň a ďalšie zložky rastlinnej bunky, predstavuje pre rastliny jed. Rastlina sa bráni vlastnou ochrannou látkou beta-karoténom, ktorý priebežne dezaktivuje tento rastlinný jed. Syntéza beta – karoténu sa na jeseň spomaľuje a v dôsledku zvyšujúceho sa oxidačného rozkladu listovej zelene sme svedkami každoročne sa opakujúcich nádherných farieb listnatých stromov jesennej prírody.