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