Fotosintēze ir process, kā augi, aļģes un cianobaktērijas veic gaismas enerģijas pārvēršanu ķīmiskajā enerģijā
Rediģēts un mainīts Samuela Ostina attēls, kas pieejams vietnē Unsplash
Vārds fotosintēze nozīmē sintēzi gaismā un attiecas uz vienu no vissvarīgākajiem bioloģiskajiem procesiem uz Zemes. Atbrīvojot skābekli un patērējot oglekļa dioksīdu, fotosintēze ir pārveidojusi pasauli par mūsdienās pazīstamu apdzīvojamo vidi. Turklāt process ir primārais enerģijas avots visām dzīvajām būtnēm.
Holandiešu fiziķis Jans Ingenhouszs pirmais atklāja, ka augi 1779. gadā ražo skābekli saules gaismas klātbūtnē un tiek uzskatīti par fotosintēzes atklājēju. 1782. gadā Žans Senebjē piebilda, ka fotosintēzē papildus saules gaismai tiek izmantots arī oglekļa dioksīds. 1818. gadā Marija Peletiere un Džozefs Kaventū izdomāja terminu “hlorofils”, atsaucoties uz zaļo pigmentu un apveltīti ar fotoreceptoru enzīmiem, kas padara iespējamu fotosintēzi.
Kas ir fotosintēze
Fotosintēzi var definēt kā procesu, kā gaismas enerģija tiek pārveidota par ķīmisko enerģiju. To veic augi, aļģes un zilaļģes, kas tiek klasificētas kā autotrofiski un fotosintētiski organismi, jo tie spēj paši no gaismas ražot pārtiku.
Fotosintēzes nozīme
Skābeklis, ko ražo fotosintētiskie organismi, ir būtisks, lai uzturētu dzīvību uz mūsu planētas. Turklāt fotosintēzes rezultātā iegūtie produkti ir veidojuši cilvēces materiālo vēsturi, jo tie ir radījuši tādus resursus kā nafta, dabasgāze, celuloze, ogles un malka. Šie resursi pastāv saules gaismas pārveidošanās rezultātā par enerģijas rezervēm (fotosintēze), kam seko citi ģeoloģiski un tehnoloģiski procesi.
Fotosintēzes vienādojums
Fotosintēze ir garš un sarežģīts process, kuru kopumā var apkopot ar šādu vienādojumu:
- 6CO2 + 12H2O + gaisma → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Kur notiek fotosintēze
Augos un aļģēs fotosintēze notiek hloroplastu iekšienē. Cianobaktērijās to veic blakus membrānām lamelēm, kas atrodas citoplazmas šķidrajā daļā.
Hloroplasts ir organelle, kurai ir ārējā membrāna un iekšējā membrāna. Tās interjerā ir membrānas lameles, kas savienotas ar mazām kabatām, ko sauc par tilakoīdiem. Iekšējo telpu aizpilda stroma, viskozs šķidrums, kas satur DNS, ribosomas un enzīmus, kas palīdz fotosintēzes procesā. Tieši šajos tilakoīdos un pārklājošajās lūpās ir atrodams hlorofils.
Fotosintēzes soļi
Fotosintēzi var iedalīt divās fāzēs: fotoķīmiskajā un ķīmiskajā fāzē.
Fotoķīmiskā fāze notiek tikai gaismas klātbūtnē un notiek tilakoīdos un membrānās lamelēs. Tās galvenā funkcija ir gaismas enerģijas pārvēršana ķīmiskajā enerģijā. Tas sastāv no diviem galvenajiem procesiem: ūdens fotolīze un fotofosforilēšana.
Ķīmiskais posms nav atkarīgs no gaismas, un to veic citā hloroplasta daļā - stromā. Tajā iepriekšējās fāzes - fotoķīmijas - produkti atmosfēras CO2 savienojumā iegūst glikozi, ūdeni un cieti tā sauktajā Calvin-Benson ciklā.
Fotoķīmiskā fāze
Ūdens fotolīze
Ūdens fotolīze ir pirmais fotosintēzes posms, un tas ir brīdis, kad saņemtā gaismas enerģija veicina ūdens molekulu sadalīšanos, radot skābekļa gāzi, elektronus un H +. Gāzveida skābeklis tiek izvadīts atmosfērā, savukārt brīvās ūdeņraža molekulas (H +) piesaista savienojums, ko sauc par NADP +, tādējādi radot NADPH, ko ķīmiskajā fāzē izmantos glikozes molekulu veidošanai.
Šo soli attēlo formulas:- H2O ⇾ 2H + + 2 elektroni + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofosforilēšana
Fotofosforilējot notiek ATP veidošanās, sākot no neorganiskā fosfāta (Pi) pievienošanas ADP (adenozīna difosfāta) molekulai, izmantojot gaismas enerģiju. ATP molekulas ir galvenā ķīmiskās enerģijas forma, ko sintezē dzīvās būtnes. Šis fotofosforilēšanas posms notiek paralēli ūdens fotolīzei, un katrs no tiem rada produktus, kas tiks izmantoti nākamajā fotosintēzes fāzē.
Šo soli attēlo formula: ADP + Pi ⇾ ATP
Ķīmiskā fāze
Pēdējā fotosintēzes fāze, tieši ķīmiskajā fāzē, tiek izmantota oglekļa dioksīds no augu vides vai šūnu elpošanas un tiek izmantoti divi iepriekšējā fāzē radītie savienojumi: ATP un NADPH. Šajā posmā notiek tā sauktais Calvin-Benson cikls - reakciju secība, kas rada glikozi, ūdeni un cieti.
Secinājums
Fotosintēze ir divu iepriekš aprakstīto fāžu, fotoķīmiskās un ķīmiskās fāzes savienošanās rezultāts. Visas Zemes dzīvības formas kaut kādā veidā ir atkarīgas no fotosintēzes radītajiem produktiem: skābekļa un glikozes. Turklāt fotosintēze ir būtiska atmosfēras sastāva līdzsvaram.
