Turinys:
Saulės radiacija yra energijos šaltinis 4
Fotosintezė vyksta chloroplastuose 5
Chloroplastai sudaryti iš dviejų dalių 5
Dvi fotosintezės fazės 5
Saulės radiacija sugeriama 6
Ciklinė elektronų pernašos grandinė 6
ATP gamyba 8
Tilakoido membrana 8
Sintetiniai angliavandeniai 9
PGAL svarba 9
Trys Kalvino ciklo stadijos 10
Anglies dioksido fiksavimas 10
PGA redukavimas 10
RuBP regeneravimas 10
Fotokvėpavimas 12
CAM augalų fotosintezė 12
Koncepcijų sąsaja 13
Naudota literatūra: 13
Vykstant fotosintezei, augalai ir dumbliai apsirūpina maistu ne tik patys, bet parūpina jo ir visiems kitiems gyviesiems organizmams. Vandenynuose dumbliai, o sausumoje augalai yra maisto medžiagų gamintojai, kartu ir visų tipų mitybinių grandinių pirmoji grandis. Gyvūnai minta fotosintezę vykdančiais organizmais arba kitais gyvūnais, kurie savo ruožtu mito tais pačiais fotosintezės vykdytojais.
Vykstant fotosintezei, sugeriamas anglies dioksidas ir išskiriamas deguonis. Deguonis būtinas visiems organizmams, kurie yra aerobai (kvėpuoja oru). Ir aukštuose atmosferos sluoksniuose yra deguonies, kur iš jo susidaro ozono skydas, saugantis žemėje gyvenančius organizmus nuo saulės ultravioletinių spindulių kenksmingo poveikio. Tai, kad vykstant fotosintezei sugeriamas anglies dioksidas, taip pat labai svarbu: jo perteklius atmosferoje nuodingas gyvūnams, be to, jis prisideda prie klimato globalaus atšilimo.
Saulės radiacija yra energijos šaltinis
Augaluose, dumbliuose ir kai kuriuose kituose organizmuose fotosintezė vyksta taip:
Kadangi fotosintezė yra vienos rūšies energijos virsmas kitos rūšies energija, t.y. saulės šviesos energijos virsmas angliavandenių cheminių ryšių energija, tai ją nagrinėti pradėsime nuo energijos šaltinio –saulės radiacijos.
Saulės radiaciją galima apibūdinti dviem dydžiais –energijos kiekiu ir bangos ilgiu. Energija mus pasiekia fotonais. Kitaip sakant, saulės spinduliavimą galite įsivaizduoti kaip fotonus, kurie keliauja bangomis.
Fotonų turima energija yra atvirkščiai proporcinga spinduliuojamos bangos ilgiui, t.y. trumpabangės radiacijos fotonai turi daugiau energijos už ilgabangės radiacijos fotonus. Fotosintezei panaudojama tik dalis viso elektromagnetinio spektro. Regimosios šviesos fotonai turi tokį energijos kiekį, kokio pakanka elektronams sužadinti ir priversti juos peršokti į aukštesnį atomų elektronų apvalkalą nepakenkiant ląstelėms.
Fotosintetinančių ląstelių pigmentai gali sugerti įvairias regimosios šviesos bangas. Fotosintezėje dalyvaujantys pigmentai sugeria mažiau nei 2 žemę pasiekiančios saulės energijos.
Energijos balanso juosta
Tik 42 krintančios į žemę saulės energijos pasiekia jos paviršių; kita dalis sugeriama atmosferos arba, atsispindėdama nuo paviršiaus virsta šiluma.
Iš šios žemės paviršių pasiekusios energijos dalies 2 panaudoja augalai; kita dalis virsta šiluma.
Iš šios 2 energijos dalies tik 0,1 –1,6 augalai panaudoja medžiagoms sintetinti; kita dalis virsta šiluma.
Iš šios 0,1 –1,6 dalies tik 20 tenka žolėdžiams; didžioji likučio dalis virsta šiluma.
Iš šios 20 dalies tik 30 kada nors gali tekti mėsėdžiams, didžioji likučio dalis virsta šiluma.
Išvada: Didžioji energijos dalis taip ir lieka gyvųjų organizmų nepanaudota.
Išvada: Fotosintezei naudojama ta elektromagnetinio spektro (saulės radiacijos) dalis, kuri vadinama regimąja šviesa.
Fotosintezė vyksta chloroplastuose
Tik XIX a. pabaigoje mokslininkai suprato, kaip vyksta fotosintezė ir kad ji vyksta eukariotų chloroplastuose. Iš fotosintezės reakcijos bendrosios lygties matome, kad padedamos saulės šviesos susijungia anglies dioksido ir vandens molekulės ir susidaro daug energijos turinti angliavandenio molekulė.
1930 m. C. B. Van Nylis iš Stanfordo universiteto iškėlė mintį, kad fotosintezės metu išsiskiriantis deguonis yra atskilęs iš vandens, o ne iš anglies dioksido molekulių, kaip buvo manoma iki tol. Tą pavyko įrodyti dviem tarpusavyje nesusijusiems bandymams. Augalai buvo laikomi ore, kuriame anglies dioksidas buvo žymėtas, nes turėjo sunkiųjų deguonies atomų. Fotosintezės metu išsiskyrusio deguonies molekulėse sunkiųjų atomų nebuvo rasta. Kai augalai buvo laistomi sunkiųjų deguonies atomų turinčiu vandeniu, augalų išskiriamame O2 buvo aptiktas šis izotopas:
redukcija
energija+CO2+2H2O (CH2O)+H2O+O2
oksidacija
šią fotosintezės lygtį kai kas laiko tinkamiausia, kadangi joje puikiai aritmetiškai išlygintas elementų skaičius.
Chloroplastai sudaryti iš dviejų dalių
Dviguba chloroplasto membrana gaubia didelę centrinę sritį, vadinamą Stroma. Stroma –tai tirpalas su daugybe fermentų, kur CO2 pirmiausiai prijungiamas prie organinės molekulės, o paskui redukuojamas. Stromos viduje esančios membranos suformuoja plokščius maišelius, vadinamus tilakoidais. Jie tam tikrose vietose sukrauti vienas ant kito į krūveles, vadinamas granomis. Manoma, kad kiekvieno tilokoido ertmė jungiasi su visų tilakoidų ertmėmis, tad sudaro vieną bendrą uždarą sritį, vadinamą tilokoido ertme. Tilokoidų membranose aptinkama chlorofilo
ir kitų pigmentų. Tie pigmentai sugeria saulės energiją, ši pirmiausia sužadina elektronus, kurie po to panaudojami CO2 redukuoti stromoje.
Išvada: Chlorofilas tilokoidų membranose sugeria saulės energiją sužadindamas elektronus. Tada šie perkeliami į stromą, kurioje redukuojamas CO2.
Dvi fotosintezės fazės
Bendroji fotosintezės lygtis parodo tik reakcijose dalyvaujančias medžiagas ir galutinius produktus.
1905m. F. F. Blekmanas, tirdamas fotosintezės priklausomybę nuo temperatūros, padarė išvadą, kad yra dvi fotosintezės fazės. Pirmoji reakcijų grandinė vadinama nuo šviesos priklausančiomis reakcijomis, nes jos negali vykti be šviesos ir nepriklauso nuo temperatūros. Antroji reakcijų grandinė vadinama nuo šviesos nepriklausančiomis reakcijomis, nes jos gali vykti ir be šviesos.
Nuo šviesos priklausančios reakcijos vyksta tilakoiduose, kur yra chlorofilų bei karotinoidų. Šie pigmentai sugeria violetinę, mėlyną ir raudoną šviesą geriau negu kito bangos ilgio šviesas. Pigmentai šviesą gali sugerti, atspindėti arba perduoti vienas kitam.
Nuo šviesos priklausančios reakcijos –tai šviesos energijos sugėrimo reakcijos. Jų metu tilakoidų membranų pigmentų sugerta energija panaudojama nedaug energijos turintiems H2O molekulės elektronams sužadinti ir atimti. Šie elektronai juda į chlorofilo molekulę, po to į elektronų pernašos sistemą, kurioje panaudojami ATP gaminti iš ADP ir P. Energijos turinčius elektronus prisijungia ir oksiduoja NADP+. Tada jis virsta redukuotu NADPH. Šioje molekulėje, prisijungusioje daug energijos turinčių elektronų, tam tikrą laiką saugoma energija, kuri bus panaudojama CO2 redukuoti.
Išvada: Nuo šviesos priklausančių reakcijų metu sugeriama saulės šviesos energija.
Fotosintezės antrosios fazės reakcijos vyksta chloroplasto stromoje. Šios reakcijos vadinamos nuo šviesos nepriklausančiomis reakcijomis, nes jos gali vykti ir šviesoje ir tamsoje. Nuo šviesos nepriklausančios reakcijos -tai sintezės reakcijos, kurių metu tilakoide susidariusios ATP ir NADPH molekulės naudojamos CO2 redukuoti.
Išvada: Nuo šviesos nepriklausančių reakcijų metu sintetinami angliavandeniai.
Saulės radiacija sugeriama
Kad vyktų nuo šviesos priklausančios reakcijos, turi būti dvi šviesą sugeriančios sistemos, vadinamos fotosistema I ir fotosistema II. Fotosistemos pavadintos pagal jų atradimo eiliškumą, o ne pagal išsidėstymą tilakoidų membranoje. Kiekviena fotosistema turi pigmentų kompleksą, kuris sudarytas iš chlorofilo a ir chlorofilo b ir pagalbinių pigmentų, tokių kaip karotinoidai. Šalia viena kitos glaudžiai išsidėsčiusios pigmentų molekulės fotosistemoje atlieka saulės šviesos energiją gaudančios antenos vaidmenį. Saulės energija perduodama nuo vieno pigmento kitam, kol susikaupia vienoje iš dviejų kompleksą sudarančių chlorofilo a molekulių –reakcinio centro chlorofile. Reakcinio centro chlorofilo a molekulių elektronai yra taip sužadinti, kad atsipalaiduoja ir juda link šalia esančių elektronų akceptorių molekulių.
Išvada: Fotosistemoje šviesą sugerianti “antena” saulės energiją kaupia reakcinio centro chlorofilo a molekulėje, iš kurios atsipalaidavę daug energijos turintys elektronai juda link elektronų akceptoriaus molekulės.