A növények a szerves anyagok megszerzésének módja szerint:
- heterotróf - az org kínálatától függ. l. a környezettől
- autotróf - szerves anyagokat szervetlen anyagokból állítják elő
- mixotróf - kombinált táplálkozás, alkalmazza mindkét módszert
Növényi heterotrófia
A heterotróf növények szenet nyernek, hogy szerves anyagokból szerves molekulákat építsenek. Attól függően, hogy a növény honnan veszi a szerves anyagokat, felismerjük:
- szaprofita növények eltávolítják a szerves anyagokat a növények és állatok holt testéből, és mineralizálják CO2, H2O, H2S, NH3 és sókká. A detitrikus (bomló) táplálékláncok fontos elemei. A szubsztrát bomlásakor a szaprofita organizmusok a pontos sorrendben váltakoznak. Az egyik szaprofita bomlásterméke a következő kiindulási anyaga. A magnövények közül az ismert szaprofita a lucfenyő rothadása.
- parazita organizmusok tápanyagokat vesznek az élő szervezetből, amelyet gazdaszervezetnek nevezünk. Változó gyökerekkel - tapadókorongokkal - behatolnak a gazdanövénybe. Ezek behatolnak a gazda érkötegeinek licsi és fás részeibe, ahonnan a parazita szerves és szervetlen tápanyagokat egyaránt merít. A gazda fenolok képződésével megakadályozza a parazita aktivitását. Az ismert kukorica az egyik ismert parazita növény.
- félparaziták történeteikkel a gazda érkötegeibe is behatolnak, de csak a fa részbe. Klorofillt tartalmaznak és fotoszintetizálnak. Ide tartozik például a fehér fagyöngy.
Növény autotrófia
Az autotróf növények felszívják a szenet és szerves molekulákat képeznek a CO2-ből. Szervetlen anyagok képződnek testükben szervetlen anyagokból. Energiára van szükség a szervetlen anyagok szervessé történő átalakításához. Az autotróf növények a fényt használják energiaforrásként ehhez az átalakuláshoz, ezért ezt a folyamatot fotoautotrófiának vagy fotoszintetikus asszimilációnak, azaz fotoszintézisnek is nevezik. A zöld növények fotoszintetikus színezékekkel átalakíthatják a fény sugárzó energiáját kémiai kötések energiájává.
A fotoszintézis egy biokémiai folyamat, amely a napsugárzás energiájának megkötését és annak felhasználását a zöld növények széndioxidjának rögzítésére és egyes prokarióták szénhidrátok kialakítására képes. Ez egyfajta szén-dioxid-asszimiláció, szinte minden szerves anyag forrása, amelyek természetes módon, vagyis az emberi technikai tevékenység beavatkozása nélkül képződnek. Minden heterotróf szervezet a fotoszintézis termékeitől függ, a légkörben jelenlévő oxigén is a terméke.
A magasabb szintû növények fotoszintézisének folyamata kloroplasztokban megy végbe, ahol a tilakoidok membránjain a klorofill a és a klorofill b, amelyeket asszimilációs festékeknek nevezünk. A klorofillon kívül más színezékek, például karotinoidok is részt vesznek a fotoszintézisben. A fő asszimiláló festék a klorofill a, amely önmagában képes befogadni a beeső fotonokat. Klorofill és aktív klorofillnak nevezik. Más asszimilációs festékek hasznosak. Egyfajta "hálózatot" képeznek, amelybe befogják a beeső fotonokat, amelyek a klorofill molekulához és.
Kétféle vevőállomást különböztetünk meg:
- I. fotorendszer - 700 nm vagy annál nagyobb hullámhosszú fényelnyelésre vonatkozik
- fotorendszer II - 680 nm és rövidebb hullámhosszú fényelnyelésre vonatkozik.
A fotoszintézis kémiai folyamata összefoglaló egyenlettel írható fel: 6CO2 + 12H2O + 2830 kJ + klorofill → C6H12O6 + 6H2O + 6O2
A fotoszintézis során a növények sejtjeiben, az algákban és egyes prokariótákban a kapott fénysugárzás energiája kémiai kötés energiájává alakul, szervetlen anyagokból szervetlen anyagok keletkeznek. A kemoszintézis a szén-dioxid asszimilációja, amelyben az energiát egyszerű szervetlen anyagok, ritkán szerves anyagok oxidálásával nyerik. Filogenetikailag ez a legrégebbi módszer a szerves anyagok előállítására, amely a mai napig fennmaradt. Különösen olyan mikroorganizmusokban fordul elő, amelyek nem rendelkeznek asszimiláló festékekkel, pl. baktériumok. A kemoszintézis során oxigén nem szabadul fel. A kemoszintézis folyamatok pótolhatatlan szerepet játszottak az evolúcióban, a mezőgazdaságban, a lerakódások és az ércgeológia területén.
A kemoszintézissel táplálkozó baktériumok: nitrifikáló baktériumok, denitrifikáló baktériumok, kén baktériumok, hidrogén baktériumok, vas baktériumok
- Fotokémiai fázis
Jelzi a fény jelenlétét igénylő fotoszintézis elsődleges folyamatait. Lényegük a sugárzó energia átalakulása kémiai kötések energiájává. Az elsődleges folyamatok során a víz fotofoszforilezése és fotolízise megy végbe. A fotofoszforiláció a fényenergia abszorpciójával kezdődik egy klorofill molekula által. Ez elektronokat szabadít fel a klorofillból, amely csapdába ejti a redox enzimet, a ferredoxint. Innen az elektronokat a redox enzimek láncai viszik vissza a klorofillra. Az elektron által kibocsátott energiát felhasználják makroerg foszfátkötések kialakítására az ATP-molekulában. Mivel ebben a folyamatban az elektronok végzik a ciklust: klorofill - ferredoxin - redox enzimek - klorofill és egyidejűleg makroerg foszfátkötések keletkeznek, azaz a foszforilezéshez, a fotoszintézis ezen részét ciklikus fotofoszforilációnak nevezzük.
- A víz fotolízise olyan esemény, amelyben a víz könnyű lebomlása következik be:
H2O → ½O2 + 2H + + 2e-
A felszabadult oxigén bejut a légkörbe. A gerjesztett elektronokat átvisszük a ferredoxinba, amely a H + NADP + 2H + + 2e- → NADPH2 ionok elfogyasztásával redukálja az NADP (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) koenzimet.
A fotoszintézis elsődleges folyamatainak eredménye az ATP és NADPH2 képződése, amelyeket a fotoszintézis szekunder folyamataiban alkalmaznak.
- Termokémiai fázis
Olyan másodlagos folyamatokat jelöl, amelyek nem igénylik a fény jelenlétét. E folyamatok során a CO2 rögzül és szénhidrátok képződnek. Az átalakítás energiaforrása az ATP és a redukálószer, az NADPH2.
- A CO rögzítésének két mechanizmusát ismerjük2:
- C3-növények - az elsődleges CO2-akceptor a ribulóz-1,5-biszfoszfát
- C4-növények - a CO2 elsődleges akceptora a foszfoenol-piruvát
- Aerob légzés - teljes oxidáció
A mitokondriumokban enzimek segítségével megy végbe, a pironsav fokozatosan hasad az oxidatív dekarboxilezésnek nevezett folyamatban, amelyet intermedierekké alakítanak, hogy teljes mértékben elbomljanak CO2-vá és H2O -vá.
Fontos köztitermék az aktivált sav. ecetsav - acetilCoA, amely további reakcióba lép. A Krebs-ciklus és a légzési lánc olyan biokémiai reakciók sorozata, amelyben a CO2 és a H2O fokozatosan lebomlik, és 36 ATP-molekula szabadul fel. Ezért a teljes oxidáció energetikailag előnyösebb, mint az anaerob glikolízis.
- Anaerob légzés - nem teljes oxidáció
A biológiai oxidáció első szakasza - az anaerob glikolízis a glükóz enzimes hasítása a pironsavig és 2 molekula ATP-glükóz → piruvinsav + H2 + 2ATP energia nyeresége.
Ha a pironsav további bomlása külső oxigénhez való hozzáférés nélkül megy végbe, fermentációs folyamatok játszódhatnak le - a cukrok mikroorganizmusok általi biodegradációja.
A növények mixotrófiája
Azokat a növényeket, amelyek képesek autotrofikusan táplálkozni és szerves tápanyagokat is kapnak, mixotrófnak nevezzük. Húsevő növények, amelyek nitrogénszegény talajon élnek, és az állati takarmány megfogásával egészítik ki a nitrogénhiányt. Ugyanakkor elég autotróf módon is élhetnek. Az állatok különböző módon fognak:
- ragacsos trichomok (pl. pingvin) használatával
- kancsókhoz (pl. kancsók)
- aktív mozgás (pl. hólyagok - elkapó vezikulák)
- Biolumineszcencia - fluoreszcencia, ez az oxigén lumineszcens anyagokhoz való hozzáférésének megakadályozásával történik.
- C3-növények - az elsődleges CO2-akceptor a ribulóz-1,5-biszfoszfát. A szén-dioxid RuBP-hez való kötődése után instabil hat szénatomos köztitermék képződik, amely ezután két 3-foszfoglicerinsavmolekulává bomlik. Csökkentésével a NADPH2 és az ATP energiafogyasztása glicerinaldehid-3-foszfátot eredményez. Ennek 5/6-át használják az akceptor regenerálására, és ennek 1/6 részét szénhidrátok szintetizálják. A fotoszintézis során a fotoszintézis termékeit a fotoszintézis során fellépő légzés általában nagymértékben lebontja. Ezt a lebomlást fotorezpirációnak hívjuk.
- C4-növények - ezek a növények átmennek az ún A Hatch-Slack útvonal, ahol az elsődleges CO2 akceptor a foszfoenol-piruvát. A C4 növények fotorezpirációja kevesebb, ezért nagyobb a fotoszintézisük.
Az asszimilációs pigmentek a napenergia gyűjtőként működnek, amelyeket továbbítanak a végső elfogadónak (vevőnek). A klorofill és az egyetlen pigment nemcsak passzívan veszi fel a hordozók energiáját, hanem aktívan felhasználhatja is.
Nem garantáljuk a tananyagok pontosságát és eredetét.