Fotosintēze

Lapa ir augu orgāns, kura uzbūve vislabāk atbilst efektīvai fotosintēzes norisei

Fotosintēze (no grieķu φώτο- (foto-), "gaisma," un σύνθεσις (sintēze), "aizstāšana") ir organisku vielu sintēzes process no neorganiskiem savienojumiem (oglekļa dioksīda un ūdens), izmantojot gaismas enerģiju. Kā blakusprodukts izdalās skābeklis. Fotosintēze notiek fotoautotrofajos organismos — augos, aļģēs un fotosintēzējošās baktērijās.

Fotosintēzes atklāšanas vēsture

Fotosintēzes summāro vienādojumu 1800. gadu sakumā sastādīja N. Sosīrs:

• Oglekļa dioksīds + ūdens + zaļie augi/gaisma → organiskā viela + skābeklis

Šo vienādojumu lieto arī mūsdienās, pieliekot klāt indeksus:

• 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

1893. gadā Č. Barness nosauca procesu par fotosintēzi.

Fotosintēzes procesā ik gadu uz Zemes rodas apmēram 150 miljardu tonnu organisko vielu un 150 miljardu tonnu skābekļa, ka arī augi uzņem apmēram 200 miljardu tonnu oglekļa dioksīda.

Fotosintēzes procesu ierobežojošie faktori

• vides temperatūra,
• skābekļa un oglekļa dioksīda koncentrācijas vidē,
• gaismas intensitāte un kvalitāte,
• minerālelementu nodrošinājums,
• ūdens nodrošinājums,
• augu ģenētiskas īpatnības,
• augu bioloģiskas īpatnības (to skaitā lapu uzbūve, pigmentu saturs tajās, fermentu darbības īpatnības u.c.)

Hloroplasti lapas šūnās

Fotosintēzes lokalizācija

Fotosintēzes process notiek hloroplastos — plastīdās, kas satur pigmentus. Hloroplasti atrodas lapu mezofila šūnās, kas veido zedeņu un čaugano parenhīmu, un arī citās augu daļās (vasā, ziedos, augļos). Sukulentiem fotosintēze notiek vasā.
Fotoķīmiskajās reakcijās piedalās hlorofila aktīvas molekulas, kuras saņem arī karotinoīdu un citu pigmentu saistīto enerģiju. Fotosintēzes pigmenti izveido kompleksus — fotosistēmas. Pirmā fotosistēma ir izvietota lamellās, otrā — tilakoīdu granās. Fotosistēmu I un II reakcijas centros esošajām hlorofila a molekulām ir atšķirīgi absorbcijas maksimumi (fotosistēmai I — 700 nm, fotosistēmai II — 650 nm).

Fotosintēzes etapi

Izdala divus fotosintēzes etapus. Fotosintēzes pirmais etaps ir gaismas atkarīgās reakcijas, kas norisinās granu tilakoīdos. Pirmajā etapā notiek gaismas kvantu saistīšana, hlorofila molekulas aktivācija, enerģijas nodošana citām fotosistēmas molekulām, hlorofila molekulas reģenerācija. Fotoķīmisko reakciju laikā notiek elektronu pārnese fotosintētiskajā elektrontransportu ķēdē, kuru rezultātā sintezējas ATP un NADPH.
Fotosintēzes otrais etaps - gaismas neatkarīgās reakcijas. Otrais etaps norisinās hloroplastu stromā bez obligātas gaismas klātbūtnes un ietver bioķīmiskas organisko vielu sintēzes reakcijas. Šajās reakcijās patērē gaismās atkarīgo etapa laikā uzkrāto enerģiju. Šo reakciju starpā ir Kelvina cikls, cukuru un cietes veidošana no gaisa oglekļa dioksīda.

Fotosintēzes nozīme

• uztur nemainīgu atmosfēras sastāvu,
• iesaista ķīmiskos elementus vielu riņķojumā,
• veido ap Zemi ozona slāni, kurš pasargā dzīvos organismus no īsviļņu ultravioleto staru iedarbības.

Atsauces

• Campbell N., Reece J. 2005. Biology, 7th edition. San Francisco: Benjamin Cummings
• Gest H. 2002. History of the word photosynthesis and evolution of its definition. Photosynthesis Research, 73:7—10
• Hall D.O., Rao K.K. 1999. Photosynthesis, 6th edition. Cambridge: Cambridge University Press
• Mohr H., Schopfer P. 1995. Plant Physiology transl. by Gudrun and David W. Lawlor. Berlin: Springer