Výživa rastlín

Rastliny podľa spôsobu, akým získavajú organické látky, rozdeľujeme na:

1. heterotrofné – odkázané na prísun org. l. z prostredia
2. autotrofné – organické látky vyrábajú z anorganických lá­tok
3. mixotrofné – kombinovaná výživa, využívajú obidva spôsoby

Heterotrofia rastlín

Heterotrofné rastliny získavajú uhlík na stavbu organických molekúl z organických látok. Podľa toho, odkiaľ rastlina čerpá organické látky, rozoznávame:

1. saprofytické rastliny odoberajú organické látky odumretým telám rastlín a živočíchov a mineralizujú ich na CO2, H2O, H2S, NH3 a soli. Sú dôležitou zložkou detitrických (rozkladných) potravových reťazcov. Na rozklade substrátu sa saprofytné organizmy striedajú v presnom poradí. Produkt rozkladu jedného saprofyta je východiskovým materiálom pre nasledujúceho. Zo semenných rastlín je známym saprofytom hniliak smrekový.
2. parazitné organizmy odoberajú živiny živému organizmu, ktorého označujeme ako hostiteľa. Do hostiteľskej rastliny vnikajú pomocou premenných koreňov – prísaviek (haustórií). Tie vnikajú do lykovej aj drevnej časti cievnych zväzkov hostiteľa, odkiaľ parazit čerpá organické aj anorganické živiny. Hostiteľ sa činnosti parazita bráni tvorbou fenolov. K známym parazitným rastlinám patrí kukučina poľná.
3. poloparazity svojimi haustóriami tiež prenikajú do cievnych zväzkov hostiteľa, ale len do drevnej časti. Obsahujú chlorofyl a fotosyntetizujú. Patrí sem napríklad imelo biele.

Autotrofia rastlín

Autotrofné rastliny prijímajú uhlík na tvorbu organických molekúl z CO2. Organické látky tvoria vo svojom tele z látok anorganických. K premene anorganických látok na organické je potrebná energia. Autotrofné rastliny na túto premenu využívajú ako zdroj energie svetlo, a preto sa tento proces označuje aj fotoautotrofia alebo fotosyntetická asimilácia, čiže fotosyntéza. Zelené rastliny dokážu pomocou fotosyntetických farbív transformovať žiarivú energiu svetla na energiu chemických väzieb.

Fotosyntéza je biochemický proces zachytávania energie slnečného žiarenia a jej využitie na fixáciu oxidu uhličitého v zelených rastlinách a niektorých prokaryotoch za vzniku sacharidov. Je to druh asimilácie oxidu uhličitého, je zdrojom takmer všetkých organických látok, ktoré vznikajú prirodzeným spôsobom, teda bez zásahu ľudskej technickej činnosti. Na produkty fotosyntézy sú odkázané všetky heterotrofné organizmy, kyslík prítomný v atmosfére je tiež jej produktom.

Proces fotosyntézy u vyšších rastlín prebieha v chloroplastoch, kde sa na membránach tylakoidov nachádza chlorofyl a a chlorofyl b, ktoré označujeme ako asimilačné farbivá. Okrem chlorofylu sa fotosyntézy zúčastňujú aj iné farbivá ako napríklad karotenoidy. Hlavným asimilačným farbivom je chlorofyl a, ktorý ako jediný má schopnosť absorbovať dopadajúci fotón. Chlorofyl a označujeme ako aktívny chlorofyl. Ostatné asimilačné farbivá sú pomocné. Tvoria akúsi „sieť“, do ktorej zachytávajú dopadajúce fotóny, ktoré vedú k molekule chlorofylu a.

Rozlišujeme dva druhy prijímacích staníc:

1. fotosystém I – uplatňuje sa pri pohlcovaní svetla s vlnovou dĺžkou 700 nm a väčšou
2. fotosystém II – uplatňuje sa pri absorbovaní svetla s vlnovou dĺžkou 680 nm a kratšou.

Chemický priebeh fotosyntézy možno zapísať sumárnou rovnicou: 6CO2 + 12H2O + 2830 kJ + chlorofyl → C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Pri fotosyntéze sa v bunkách rastlín, rias a niektorých prokaryotov mení prijatá energia svetelného žiarenia na energiu chemickej väzby a vznikajú organické látky z anorganických. Chemosyntéza je asimilácia oxidu uhličitého, pri ktorej sa energia získava oxidáciou jednoduchých anorganických látok, zriedkavejšie organických látok. Je to fylogeneticky najstarší spôsob tvorby organických látok, ktorý sa udržal dodnes. Vyskytuje sa najmä pri mikroorganizmoch, ktoré nemajú asimilačné farbivá, napr. baktérie. Pri chemosyntéze sa neuvoľňuje kyslík. Procesy chemosyntézy mali nezastúpiteľnú úlohu v evolúcii, význam v poľnohospodár­stve, ložiskovej a rudnej geológi.

Baktérie, ktoré sa živia chemosyntézou: nitrifikačné baktérie, denitrifikačné baktérie, sírne baktérie, vodíkové baktérie, železité baktérie

• Fotochemická fáza

Označuje primárne procesy fotosyntézy vyžadujúce prítomnosť svetla. Ich podstatou je premena žiarivej energie na energiu chemických väzieb. Počas primárnych procesov prebieha fotofosforylácia a fotolýza vody. Fotofosforylácia začína pohltením svetelnej energie molekulou chlorofylu. Z chlorofylu sa tým uvoľnia elektróny, ktoré zachytí oxidačno-redukčný enzým ferredoxín. Z neho sa elektróny prenášajú späť na chlorofyl reťazou oxidačno-redukčných enzýmov. Energia, ktorú pri tom elektrón vyžiari, sa využíva na tvorbu makroergických fosfátových väzieb v molekule ATP. Keďže pri tomto procese vykonávajú elektróny cyklus: chlorofyl – ferredoxín – oxidačno-redukčné enzýmy – chlorofyl a súčasne vznikajú makroergické fosfátové väzby, čiže ku fosforylácii, označujeme túto časť fotosyntézy ako cyklická fotofosforylácia.

• Fotolýza vody je dej, pri ktorom nastáva svetelný rozklad vody:

H2O → ½O2 + 2H+ + 2e-

Uvoľnený kyslík sa dostáva do atmosféry. Vzbudené elektróny sa prenesú na ferredoxín, ktorý redukuje koenzým NADP (nikotínamida­deníndinukleo­tidfosfát) za spotreby iónov H+ NADP + 2H+ + 2e- → NADPH2

Výsledkom primárnych procesov fotosyntézy je vznik ATP a NADPH2, ktoré sa využívajú v sekundárnych procesoch fotosyntézy.

• Termochemická fáza

Označuje sekundárne procesy, ktoré nevyžadujú prítomnosť svetla. Počas týchto procesov dochádza k fixácii CO2 a vzniku sacharidov. Zdrojom energie na túto premenu je ATP a redukovadlom NADPH2.

• Poznáme dva mechanizmy fixácie CO2:

1. C3-rastliny – primárnym akceptorom CO2 je ribulóza-1,5-bisfosfát
2. C4-rastliny – primárnym akceptorom CO2 je fosfoenolpyruvát

• Aeróbne dýchanie – úplná oxidácia

Prebieha v mitochondriách za pomoci enzýmov, dochádza k postupnému štiepeniu kyseliny pyrohroznovej v procese nazvanom oxidačná dekarboxylácia na medziprodukty až k úplnému rozkladu na CO2 a H2O.

Dôležitý medziprodukt je aktivovaná kys. octová – acetylCoA, tá vstupuje do ďalších reakcií. Krebsov cyklus a dýchací reťazec je sled biochemických reakcií, pri ktorých dochádza k postupnému odbúravaniu CO2 a H2O a k uvoľneniu energie 36 molekúl ATP. Preto je úplná oxidácia energeticky výhodnejšia ako anaeróbna glykolýza.

• Anaeróbne dýchanie – neúplná oxidácia

Prvá etapa biologickej oxidácie – anaeróbna glykolýza je enzymatické štiepenie glukózy až na kyselinu pyrohroznovú a energetický zisk 2 molekuly ATP Glukóza → kyselina pyrohroznová + H2 + 2ATP

Ak sa ďalší rozklad kyseliny pyrohroznovej uskutočňuje bez prístupu vonkajšieho kyslíka môžu prebehnúť kvasné procesy – biologický rozklad cukrov pomocou mikroorganizmov.

Mixotrofia rastlín

Rastliny, ktoré majú schopnosť živiť sa autotrofne a okrem toho prijímajú aj organické živiny, nazývame mixotrofnými. Sú to mäsožravé rastliny žijúce na pôdach chudobných na dusík a chytaním živočíšnej potravy si dopĺňajú dusíkový deficit. Môžu však žiť aj celkom autotrofne. Živočíchy chytajú rôznym spôsobom:

1. pomocou lepkavých trichómov (napr. tučnica)
2. do krčiažkov (napr. krčiažniky)
3. aktívnym pohybom (napr. bublinatka- lapacie mechúriky)

• Bioluminiscencia – svetielkovanie, dochádza k tomu zamedzením prístupu kyslíka k luminiscenčným látkam.
• C3-rastliny – primárnym akceptorom CO2 je ribulóza-1,5-bisfosfát. Po naviazaní oxidu uhličitého na RuBP vznikne nestabilný šesťuhlíkový medziprodukt, ktorý sa vzápätí rozpadá na dve molekuly kyseliny 3-fosfoglycerovej. Ich redukciou NADPH2 a spotrebou energie ATP vzniká glyceraldehyd-3-fosfát. Z neho sa 5/6 spotrebúva na regeneráciu akceptoru a z 1/6 sa syntetizujú sacharidy. Produkty fotosyntézy bývajú u C3-rastlín z veľkej časti odbúravané dýchaním už počas fotosyntézy. Tomuto odbúravaniu hovoríme fotorespirácia.
• C4-rastliny – tieto rastliny prechádzajú tzv. Hatchovou-Slackovou cestou, kde primárnym akceptorom CO2 je fosfoenolpyruvát. C4-rastliny majú menšiu fotorespiráciu a preto majú väčší výťažok fotosyntézy.

Asimilačné pigmenty fungujú ako zberače slnečnej energie, ktorú prenášajú až na konečný akceptor (prijímač). Chlorofyl a ako jediný pigment nielen pasívne absorbuje energiu prenášačov,ale dokáže ju aj aktívne využiť.