Fotosintēze
Organisko vielu aprite augā (pēc Vītola 1975)
Fotosintēze Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeni. Fotosintēze raksturīga zaļajiem augiem un fotosintezējošām baktērijām.
Fotosintēze Redzamā gaisma
Fotosintēze Hloroplasts Fotosintēzes gaismas reakcijās gaismas enerģiju (redzamās gaismas spektra sarkano un zili violeto daļu vaskulārajos augos, bet spektra dzelteno un oranžo daļu aļģēs) saista pigmenti (hlorofils a, hlorofils b, karotinoīdi un fikobilīni). Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.
Fotosintēzes pigmentu gaismas absorbcija Pigmenti Fotosintēzes pigmentu gaismas absorbcija (pēc Hall, Rao 1999)
Fotosintēze
Fotosintēzes pigmentu absorbcijas spektri Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html Fotosintēze Kāpēc augi ir zaļi? Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
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
Fotosintēze Hlorofils Acer campestre– lauku kļava Urtica dioica – lielā nātre Hepatica maxima – lielā vizbulīte Attēli no: http://www.uni-graz.at/~oberma/baum-dias/acer-campestre-3.jpg, http://www.skalnicky.cz/jpeg/Hepatica%20maxima%20fotoJ%20Peters.jpg, http://ftp.funet.fi/pub/sci/bio/life/plants/magnoliophyta/magnoliophytina/magnoliopsida/urticaceae/urtica/dioica-2.jpg
Fotosintēze Pigmenti β karotīns Karotinoīdi: tetraterpēni Šķīst: acetonā, benzolā, hloroformā Gaismas absorbcijas max.: 400-500 nm Karotinoidu fizioloģiskā nozīme 1. Saista h (palīgpigments) 2. Novērš hlorofila sadalīšanos 3. Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu 4. -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.
Fotosintēze Karotinoīdi Acer palmatum – Japānas kļava rudenī Acer saccharum– cukura kļava rudenī Daucus carota– parastais burkāns Foto no: http://www.andrews.edu/~rjo/Photographs/Fall%20sugar%20maple%20leaves.JPG, http://www.photoseek.com/wa1usa.html http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/schaugarten/DaucuscarotaL/BDaucuscarotaL2.jpg
Fotosintēze Pigmenti Fikobilīni (sārtaļģēs, zilaļģēs) Fikobilīni – tetrapiroli • Šķīst: ūdenī pēc autolīzes (nešķīst – organiskos šķīdinātājos) • Gaismas absorbcijas maksimums: 500-650 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
Fotosintēze Fikobilīni Sārtaļģe Cianobaktērijas fikoeritrīns fikocianīns Foto no: http://www.ucmp.berkeley.edu/protista/rhodophyta.html, http://user.uni-frankfurt.de/~schauder/cyanos/pleurof_bg.jpg
F660 F730 Bioķīmiska darbība, Fotosintēze Pigmenti Fitohroms (plazmolemmā, plastīdās, mitohondrijos) · Uztver gaismu kā signālu · Gaismas absorbcijas max.: 660; 730 nm · Fitohroms – tetrapirols F660 F730 Bioķīmiska darbība, sadalās h
Antociānu fizioloģiskā loma augos Fotosintēze Pigmenti Antociāni (vakuolās - šūnsulā) · 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 cukuru sintēzi augos 3. Palielina saistītā ūdens daudzumu 4. Kalnu augos daudz antociānu
Antociāni Fotosintēze Fagus sylvatica – Eiropas dižskābardis Acer – ‘Purpurea’ Acer – kļava Rubus plicatus – krokainā cūcene Foto no: http://www.littlemiami.com/LMI%20Levy%20Photographs/NFP-1-4%20Frosted%20Red%20Maple%20Leaf-John%20Bryan%20State%20Park-Oh.jpg http://www.biologie.de/biowiki/Bild:Brombeere.jpg, http://www.kurowski.pl/foto/fagus_sylvatica_atropunicea_purpurea.jpg
Fotosintēzes gaismas reakcijas Fotosistēma I Fotosistēma II
Fotosistēmas darbības shēma Fotosintēze Fotosistēmas darbības shēma Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosistēmas darbības shēma Fotosintēze Fotosistēmas darbības shēma Foto no: http://www.botany.uwc.ac.za/ecotree/photosynthesis/images/photosystemmove1.gif
Fotosintēzes gaismas reakcijas • Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas izveidošanās • Elektronu pārnes no ierosinātā hlorofila uz akceptoru • Hlorofila molekulas reģenerācija • Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei
Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas (CH2O) ATP NADPH hγ Fotoķīmiskās reakcijas Bioķīmiskās reakcijas 2H2O CO2
Quercus robur – parastais ozols Fotosintēze C3 tips Hepatica nobilis – zilā vizbulīte Pinus sylvestris – parastā priede Quercus robur – parastais ozols
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html Fotosintēze CO2 asimilācija + Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosintēzes tumsas (bioķīmiskās) reakcijas
Lapa kā fotosintēzes orgāns C4 tipa augs C3 tipa augs Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma Attēls no: http://www.mnstate.edu/chastain/Plant%20Physiology/poster%20images/simple%20c4%20cycle.jpg
Fotosintēze C4 tips Panicum miliaceum Zea mays – parastā kukurūza Saccharum officinarum Attēls no: http://www.expasy.org/spotlight/images/sptlt057_1.jpg Attēls no: http://www.botanik.uni-karlsruhe.de/garten/fotos-hassler/Panicum%20miliaceum%20BotKA%20S2.jpg Attēls no: http://www.nybg.org/bsci/belize/Saccharum_offininarum_1.jpg
Fotosintēze Jaukts C3-C4 tips Lycopersicum esculentum – ēdamais tomāts Nicotiana tabacum – parastā tabaka Vitis labrusca – Amerikas vīnkoks Attēls no: http://www2.mpiz-koeln.mpg.de/pr/garten/schau/Lycopersiconlycopersicum/BLycopersiconlycopersicum1.jpg Attēls no: http://www.chili-balkon.de/solanaceae/bilder/nicotiana_tabacum.jpg Attēls no: http://www.newfs.org/nurscat05/pix/Vitis-labrusca9150-Cathe.jpg
CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma Attēls no: http://www.cabnr.unr.edu/cam/images/Education/CAMDayNight.jpg
Fotosintēze CAM tips Yucca filamentosa – Šķiedru juka Sedum acre – kodīgais laimiņš Crassula aquatica – ūdeņu biezlape Attēls no: http://magnar.aspaker.no/Sedum%20acre.jpg Attēls no: http://www.bd.lst.se/publishedObjects/10001547/Crassula_aquatica.jpg Attēls no: http://www.tarbes.fr/espaces_verts/images/photo%20economie%20eau/yucca%20filamentosa.jpg
Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē Fotosintēze Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē ~10% ~2%
Fotosintēzes bioloģiskā nozīme: • Gaismas enerģijas transformācija ķīmisko saišu enerģijā (1-2% Saules enerģijas) • Sintezējas organiskās vielas (~2 × 1011 t gadā) • Atjauno skābekļa daudzumu uz Zemes • Novērš CO2 uzkrāšanos atmosfērā • Augi novērš piesārņojumu un spēj regulēt klimatu uz Zemes