Fotosintēze.

Παρουσίαση με θέμα: "Fotosintēze."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Fotosintēze

2 Organisko vielu aprite augā
Fotosintēze Organisko vielu aprite augā (pēc Vītola 1975)

3 Fotosintēze 1771. gads Dž. Pristlija eksperiments

4 Fotosintēze Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeni. Fotosintēze raksturīga zaļajiem augiem un fotosintezējošām baktērijām.

5 Redzamā gaisma – elektromagnētiskais starojums
Fotosintēze Redzamā gaisma – elektromagnētiskais starojums

6 Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.
Hloroplasts Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.

7 Fotosintēze

8 Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosintēze Kāpēc augi ir zaļi? Foto no:

9 Fotosintēze Pigmenti Hlorofils – salikts esteris
• Šķīst – etilspirtā, acetonā, ēterī, benzolā • Reaģējot ar sārmiem: hlorofils  hlorofilids • Reaģējot ar skābēm: hlorofils  feofitins • Albīnisms: hlorofils nesintezējas auga ģenētisko īpašību dēļ • Hloroze: Mg, Fe u. c. minerālelementu trūkums • Etiolācija: trūkst gaisma • Gaismas absorbcijas max. hla: 440, 660 nm; hlb: 460; 640 nm • Fluorescence: 668 nm

10 Hlorofila gaismas absorbcijas spektrs

11 Fotosintēzes pigmenti
Hlorofils Acer campestre– lauku kļava Urtica dioica – lielā nātre Hepatica maxima – lielā vizbulīte Attēli no:

12 Fotosintēzes pigmenti
Karotinoīdi β karotīns Karotinoīdi: tetraterpēni Šķīst: acetonā, benzolā, hloroformā Gaismas absorbcijas max.: nm Karotinoīdu fizioloģiskā nozīme 1.   Saista h (palīgpigments) 2.   Novērš hlorofila sadalīšanos 3.   Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu 4.   -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.

13 Hlorofila un karotinoīdu gaismas absorbcijas spektrs
Fotosintēze Hlorofila un karotinoīdu gaismas absorbcijas spektrs

14 Fotosintēzes pigmenti
Karotinoīdi   Acer palmatum – Japānas kļava rudenī Acer saccharum– cukura kļava rudenī Daucus carota– parastais burkāns Foto no:

15 Fotosintēzes pigmenti
Fikobilīni Fikobilīni (sārtaļģēs, zilaļģēs) Fikobilīni – tetrapiroli • Šķīst: ūdenī pēc autolīzes (nešķīst – organiskos šķīdinātājos) • Gaismas absorbcijas maksimums: nm Hromatiskā adaptācija – pigmentu pielāgošanās gaismas apstākļiem ūdenskrātuvēs: • 34 m dziļumā nav sarkanā gaisma • 177 m dziļumā nav arī dzeltenā gaisma • 322 m dziļumā nav arī zaļā gaisma • >500 m dziļumā nav arī zili violeta gaisma

16 Fotosintēzes pigmentu absorbcijas spektri
Foto no:

17 Fotosintēzes pigmenti
Fikobilīni   Sārtaļģe fikoeritrīns Cianobaktērijas fikocianīns Foto no:

18 Antociānu fizioloģiskā loma augos
Pigmenti Antociāni (vakuolās) ·      Antociāni - glikozīdi ·      Šķīst : ūdenī ·      Gaismas absorbcijas max.: dzeltenajā un zaļajā spektra daļā ·       Antociāni fotosintēzē nepiedalās (gaismas enerģija  siltuma enerģijā)  Antociānu fizioloģiskā loma augos 1.  Termoregulācija 2.  Sekmē ogļhidrātu sintēzi augos 3.  Palielina saistītā ūdens daudzumu 4.  Kalnu augos daudz antociānu

19 Antociāni Pigmenti Fagus sylvatica – Eiropas dižskābardis Acer –
‘Purpurea’ Acer – kļava Rubus plicatus – krokainā cūcene Foto no:

20 (1-500 hloroplastu vaskulāro augu lapu šūnā)
Hloroplasti (1-500 hloroplastu vaskulāro augu lapu šūnā) 1 hloroplastā: 40 – 50 granas; 1 granā: 50 – 60 tilakoīdu

21 Hloroplasti Zaļaļģēs – lentveida, diskveida, zvaigžņveida hloroplasti. Ir tilakoīdi, nav granas. Sārtaļģēs – hloroplasti ar tilakoīdiem. Cianobaktērijās (zilaļģēs) nav hloroplastu. Citoplazmā lamelāras membrānas

22 Fotosintēzes gaismas reakcijas

23 Fotosintēze Fotosintēzes gaismas reakcijas

24 Fotosistēmas darbības shēma
Fotosintēze Fotosistēmas darbības shēma Gaismas kvantus saista visi pigmenti, bet gaismas enerģijas → ķīmiskajā – fotosistēmas centrā hla Foto no:

25 Redzamās gaismas enerģija
Krāsa Viļņu garums nm Enerģija 1 einšteinā 1 kvanta enerģija eV Sarkana 40 1,77 Oranža 44 1,91 Dzeltena 48 2,07 Zaļa 58 2,31 Zila 62 2,61 Violeta 72 3,10

26 Gaismas kvantu saistīšana hlorofila molekulā
Elektronu enerģētiskie līmeņi hlorofila molekulā

27 Fotosintēzes gaismas reakcijas

28 Fotosintēzes gaismas reakciju norise
Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas (hl*) izveidošanās Elektronu pārnešana no hl* uz akceptoru Hlorofila molekulas reģenerācija Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei

29 Fotosintēzes gaismas reakcijas

30 Fotosintēzes gaismas reakcijas

31 Fotofosforilācija

32 Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas
Stromā Tilakoīdos O2 (CH2O) ATP NADPH hγ Fotoķīmiskās reakcijas Bioķīmiskās reakcijas 2H2O CO2

33 Quercus robur – parastais ozols
Fotosintēze C3 tips Hepatica nobilis – zilā vizbulīte Pinus sylvestris – parastā priede Quercus robur – parastais ozols

34 Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosintēze CO2 asimilācija + CO2 saista RbBP (ribulozobifostāts), ferments RbBP-karboksilāze. FGA (fosfoglicerīnaldehids, 3 C atomi) – pirmais savienojums (ogļhidrāts), kas sintezējas C3 tipa fotosintēzes tumsas reakcijās. Foto no:

35 C3 tipa fotosintēzes reakcijas (Kalvina cikls)
5/6 FGA molekulu → CO2 akceptora RbBP sintēzei 1/6 FGA molekulu → fruktozes, cietes, saharozes u.c. sintēzei

36 C3 tipa fotosintēzes tumsas (bioķīmiskās) reakcijas

37 Lapa kā fotosintēzes orgāns
C4 tipa augs C3 tipa augs Attēls no:

38 C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma
Mezofila šūnās → karboksilācija – CO2 piesaiste FEP (fosfoenolpiruvāts), ferments FEP-karboksilāze. Oksāletiķskābe → ābolskābe (4 C atomi), pirmie fotosintēzes tumsas reakciju produkti, tāpēc C4 tipa reakcijas. Vainaga šūnās → dekarboksilācija, CO2 → C3 cikla reakcijās. Attēls no:

39 Fotosintēze C4 tips Panicum miliaceum Zea mays – parastā kukurūza
Saccharum officinarum Attēls no: Attēls no: Attēls no:

40 Fotosintēze Jaukts C3-C4 tips Lycopersicum esculentum – ēdamais tomāts
Nicotiana tabacum – parastā tabaka Vitis labrusca – Amerikas vīnkoks Attēls no: Attēls no: Attēls no:

41 CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma
CAM tipa fotosintēzes reakcijas = C4 reakcijām, tikai karboksilācija un dekarboksilācija atdalītas laikā nevis telpā Attēls no:

42 Fotosintēze CAM tips Yucca filamentosa – Šķiedru juka Sedum acre –
kodīgais laimiņš Crassula aquatica – ūdeņu biezlape Attēls no: Attēls no: Attēls no:

43 CAM metabolisms Classic CAM plants. Saguaro Cacti (Carnegiea gigantea) in Sonora

44 C3 – CAM metabolisms )This is a Welwitschia growing in the Namib desert of South Africa. It has only two strap-like leaves (highly dissected by wind in this photo) and gets all of its water from fog. It is a Gymnosperm and exhibits C3-CAM intermediate metabolism

45 Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē
Fotosintēze Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē ~10% ~2%

46 Fotosintēzes bioloģiskā nozīme
Gaismas enerģijas transformācija ķīmisko saišu enerģijā (1-2% Saules enerģijas) Sintezējas organiskas vielas (~ 2 × 1011 t gadā) Atjauno skābekļa daudzumu uz Zemes Novērš CO2 uzkrāšanos atmosfērā Novērš piesārņojumu un spēj regulēt klimatu uz Zemes