Fotosintēze
Fotosintēze ir process, kurā augi un citas vielas ražo pārtiku. Tas ir endotermisks (patērē siltumu) ķīmisks process, kurā, izmantojot saules gaismu, oglekļa dioksīds tiek pārvērsts cukurā, ko šūna var izmantot kā enerģiju. To izmanto ne tikai augi, bet arī daudzu veidu aļģes, prīmusi un baktērijas, lai iegūtu pārtiku. Fotosintēze ir ļoti svarīga dzīvībai uz Zemes. Izņēmums ir daži organismi, kas enerģiju iegūst tieši no ķīmiskām reakcijām; šos organismus sauc par hemoautotrofiem.
Fotosintēze var notikt dažādos veidos, taču ir dažas kopīgas daļas.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoni → C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
oglekļa dioksīds + ūdens + gaismas enerģija → glikoze + skābeklis
Oglekļa dioksīds no atmosfēras difūzijas ceļā iekļūst lapās caur stomātiem.
Ūdeni no augsnes uzsūc sakņu matiņu šūnas, kuru virsmas laukums ir palielināts, tādējādi palielinot ūdens uzsūkšanos.
Fotosintēze notiek hloroplastā (atrodams lapu šūnās), kas satur hlorofilu - zaļo pigmentu, kurš absorbē gaismas enerģiju. Lapu palisādes šūnās ir daudz hloroplastu, kas uztver vairāk gaismas. Tādējādi augs var veikt vairāk fotosintēzes.
Skābeklis ir atkritumprodukts: tas tiek izmantots elpošanai vai izkliedēts atpakaļ no lapas caur stomām.
Glikozi izmanto elpošanai (lai šūnās atbrīvotu enerģiju). Tā tiek uzglabāta cietes veidā (kas tumsā tiek pārvērsta atpakaļ glikozē elpošanai). Glikozi var pārvērst arī citos savienojumos augšanai un pavairošanai, piemēram, celulozē, nektārā, fruktozē, aminoskābēs un taukos.
No saules gaismas, sakņu absorbētā ūdens un atmosfērā esošā oglekļa dioksīda fotosintēzes procesā rodas glikoze un skābeklis.
Reakcijas
Fotosintēzē notiek divas galvenās reakcijas. Gaismneatkarīgām reakcijām ir nepieciešama gaisma, lai veiktu darbu, un no gaismas neatkarīgām reakcijām, kurām nav nepieciešama gaisma, lai veiktu darbu.
No gaismas atkarīga reakcija
Saules gaismas enerģija tiek izmantota, lai sadalītu ūdens molekulas (fotolīze). Saules gaisma iedarbojas uz auga hloroplastiem, izraisot fermentu, kas sadala ūdeni. Sadalot ūdeni, rodas skābeklis, ūdeņradis un elektroni.
Ūdeņradis kopā ar gaismas aktivizētiem elektroniem pārveido NADP par NADPH, kas pēc tam tiek izmantots no gaismas neatkarīgās reakcijās. Skābeklis izplūst no auga kā fotosintēzes atkritumprodukts, un no ADP un neorganiskā fosfāta tiek sintezēts ATP. Tas viss notiek hloroplastu granulā.
No gaismas neatkarīga reakcija
Šīs reakcijas laikā, izmantojot oglekļa dioksīdu un no gaismas atkarīgo reakciju produktus (ATP un NADPH), kā arī dažādas citas ķīmiskās vielas, kas augā atrodamas Kalvina ciklā, tiek veidoti cukuri. Tāpēc no gaismas neatkarīgā reakcija nevar notikt bez no gaismas atkarīgās reakcijas. Oglekļa dioksīds difundē augā, un kopā ar ķīmiskajām vielām hloroplastos, ATP un NADPH veidojas glikoze, kas, visbeidzot, pārvietojas pa augu, izmantojot translokāciju.
Hloroplasta shēma
Agrīnā evolūcija
Pirmie fotosintezējošie organismi, iespējams, radās jau dzīvības vēstures sākumā. Iespējams, tie kā elektronu avotus izmantoja nevis ūdeni, bet gan reducējošus aģentus, piemēram, ūdeņradi vai sērūdeņradi. Cianobaktērijas parādījās vēlāk, un to radītais skābekļa pārpalikums veicināja skābekļa katastrofu. Tas ļāva attīstīties sarežģītai dzīvībai.
Efektivitāte
Mūsdienās fotosintēzes rezultātā iegūtās enerģijas vidējais apjoms pasaulē ir aptuveni 130 teravati, kas ir aptuveni sešas reizes vairāk nekā pašreizējā cilvēka civilizācijas patērētā jauda. Fotosintētiskie organismi gadā biomasā pārvērš arī aptuveni 100-115 tūkstošus miljonu metrisko tonnu oglekļa.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir fotosintēze?
A: Fotosintēze ir process, ko izmanto augi un daži mikroorganismi, lai, izmantojot saules gaismu, oglekļa dioksīdu pārvērstu cukurā. Tā pārvērš gaismas enerģiju ķīmiskā enerģijā.
Q: Kādi ir fotosintēzes produkti?
A: Fotosintēzes produkti ir ogļhidrāti, kurus šūnas izmanto kā enerģiju un citu molekulu veidošanai.
J: Kā fotosintēze ietekmē dzīvību uz Zemes?
A: Fotosintēze ir ļoti svarīga dzīvībai uz Zemes, jo tās rezultātā atmosfērā nonāca brīvais skābeklis. Bez tās uz Zemes nebūtu dzīvības.
J: Kas izmanto fotosintēzi?
A: Fotosintēzi izmanto zaļie augi, aļģes, protisti un dažas baktērijas. Dažus organismus, kas enerģiju iegūst no ķīmiskām reakcijām, sauc par hemoautotrofiem un fotosintēzi neizmanto.
J: Vai fotosintēze ir eksotermiska vai endotermiska reakcija?
A: Fotosintēze ir endotermiska reakcija, kas nozīmē, ka tās norisei nepieciešams siltums.
J: Kāda veida enerģijā fotosintēzē tiek pārvērsta gaisma?
A: Fotosintēze pārvērš gaismas enerģiju ķīmiskā enerģijā.
