Download - Fotosintēze
Fotosintēze
Organisko vielu aprite augā(pēc Vītola 1975)
Fotosintēze
Fotosintēze
1771. gads
Dž. Pristlija eksperiments
Fotosintēze
Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeni. Fotosintēze raksturīga zaļajiem augiem un fotosintezējošām baktērijām.
Fotosintēze
Redzamā gaisma – elektromagnētiskais starojums
Fotosintēze
Hloroplasts
Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.
Fotosintēze
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
Hlorofila gaismas absorbcijas spektrs
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
Fotosintēzes pigmenti
Hlorofils
Acer campestre–lauku kļava
Hepatica maxima –lielā vizbulīte
Urtica dioica –lielā nātre
Fotosintēzes pigmenti
Karotinoīdi
Karotinoīdi: tetraterpēniŠķīst: acetonā, benzolā, hloroformā Gaismas absorbcijas max.: 400-500 nm
Karotinoīdu fizioloģiskā nozīme1. Saista h (palīgpigments)2. Novērš hlorofila sadalīšanos3. Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu4. -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.
β karotīns
Fotosintēze
Hlorofila un karotinoīdu gaismas absorbcijas spektrs
Foto no: http://www.andrews.edu/~rjo/Photographs/Fall%20sugar%20maple%20leaves.JPG, http://www.photoseek.com/wa1usa.htmlhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/schaugarten/DaucuscarotaL/BDaucuscarotaL2.jpg
Fotosintēzes pigmenti
Karotinoīdi
Acer saccharum–cukura kļava rudenī
Daucus carota–parastais burkāns
Acer palmatum – Japānas kļava rudenī
Fotosintēzes pigmenti
Fikobilīni
Fikobilīni – tetrapiroli
• Šķīst: ūdenī pēc autolīzes (nešķīst – organiskos šķīdinātājos)• Gaismas absorbcijas maksimums: 500-650 nm
Fikobilīni(sārtaļģēs, zilaļģēs)
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
Fotosintēzes pigmentu absorbcijas spektri
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Foto no: http://www.ucmp.berkeley.edu/protista/rhodophyta.html, http://user.uni-frankfurt.de/~schauder/cyanos/pleurof_bg.jpg
Fotosintēzes pigmenti
Fikobilīni
Sārtaļģefikoeritrīns
Cianobaktērijasfikocianīns
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 augos1. Termoregulācija2. Sekmē ogļhidrātu sintēzi augos3. Palielina saistītā ūdens daudzumu4. Kalnu augos daudz antociānu
Foto no: http://www.littlemiami.com/LMI%20Levy%20Photographs/NFP-1-4%20Frosted%20Red%20Maple%20Leaf-John%20Bryan%20State%20Park-Oh.jpghttp://www.biologie.de/biowiki/Bild:Brombeere.jpg, http://www.kurowski.pl/foto/fagus_sylvatica_atropunicea_purpurea.jpg
Pigmenti
Antociāni
Acer –kļava
Rubus plicatus –krokainā cūcene
Fagus sylvatica –Eiropas dižskābardis‘Purpurea’
Hloroplasti
(1-500 hloroplastu vaskulāro augu lapu šūnā)
1 hloroplastā:40 – 50 granas;1 granā:50 – 60 tilakoīdu
Hloroplasti
• Zaļaļģēs – lentveida, diskveida, zvaigžņveida hloroplasti. Ir tilakoīdi, nav granas.
• Sārtaļģēs – hloroplasti ar tilakoīdiem.
• Cianobaktērijās (zilaļģēs) nav hloroplastu. Citoplazmā lamelāras membrānas
Fotosintēze
Fotosintēzes gaismas reakcijas
FotosintēzeFotosintēzes gaismas reakcijas
Foto no: http://www.botany.uwc.ac.za/ecotree/photosynthesis/images/photosystemmove1.gif
Fotosintēze
Fotosistēmas darbības shēma
Gaismas kvantus saista visi pigmenti, bet gaismas enerģijas → ķīmiskajā – fotosistēmas centrā hla
Redzamās gaismas enerģija
Krāsa Viļņu garums nm
Enerģija
1 einšteinā
1 kvanta
enerģija eV
Sarkana 647-740 40 1,77
Oranža 585-647 44 1,91
Dzeltena 550-585 48 2,07
Zaļa 491-550 58 2,31
Zila 424-491 62 2,61
Violeta 400-424 72 3,10
Gaismas kvantu saistīšana hlorofila molekulā
Elektronu enerģētiskie līmeņi hlorofila molekulā
Fotosintēzes gaismas reakcijas
Fotosintēzes gaismas reakciju norise
1. Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas (hl*) izveidošanās
2. Elektronu pārnešana no hl* uz akceptoru
3. Hlorofila molekulas reģenerācija
4. Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei
Fotosintēzes gaismas reakcijas
Fotosintēzes gaismas reakcijas
Fotofosforilācija
Fotoķīmiskāsreakcijas
Bioķīmiskāsreakcijas
O2
CO22H2O
(CH2O)
ATPNADPH
hγ
Fotosintēze
Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas
Tilakoīdos Stromā
Fotosintēze
Pinus sylvestris –parastā priede
C3 tips
Hepatica nobilis – zilā vizbulīte
Quercus robur – parastais ozols
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.
C3 tipa fotosintēzes reakcijas (Kalvina cikls)
5/6 FGA molekulu → CO2 akceptora RbBP sintēzei1/6 FGA molekulu → fruktozes, cietes, saharozes u.c. sintēzei
Fotosintēze
C3 tipa fotosintēzes tumsas (bioķīmiskās) reakcijas
Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
Fotosintēze
Lapa kā fotosintēzes orgāns
C4 tipa augs
C3 tipa augs
Fotosintēze
C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma
Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
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: http://www.expasy.org/spotlight/images/sptlt057_1.jpg
Fotosintēze
Zea mays – parastā kukurūza
C4 tips
Attēls no: http://www.nybg.org/bsci/belize/Saccharum_offininarum_1.jpg
Saccharum officinarum
Panicum miliaceum
Attēls no: http://www.botanik.uni-karlsruhe.de/garten/fotos-hassler/Panicum%20miliaceum%20BotKA%20S2.jpg
Attēls no: http://www2.mpiz-koeln.mpg.de/pr/garten/schau/Lycopersiconlycopersicum/BLycopersiconlycopersicum1.jpg
Fotosintēze
Lycopersicum esculentum – ēdamais tomāts
Jaukts C3-C4 tips
Attēls no: http://www.newfs.org/nurscat05/pix/Vitis-labrusca9150-Cathe.jpg
Vitis labrusca –Amerikas vīnkoks
Nicotiana tabacum –parastā tabaka
Attēls no: http://www.chili-balkon.de/solanaceae/bilder/nicotiana_tabacum.jpg
Fotosintēze
CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma
Attēls no: http://www.cabnr.unr.edu/cam/images/Education/CAMDayNight.jpg
CAM tipa fotosintēzes reakcijas = C4 reakcijām, tikaikarboksilācija un dekarboksilācija atdalītas laikā nevis telpā
Attēls no: http://magnar.aspaker.no/Sedum%20acre.jpg
Fotosintēze
Sedum acre –kodīgais laimiņš
CAM tips
Attēls no: http://www.bd.lst.se/publishedObjects/10001547/Crassula_aquatica.jpg
Crassula aquatica –ūdeņu biezlape
Yucca filamentosa –Šķiedru juka
Attēls no: http://www.tarbes.fr/espaces_verts/images/photo%20economie%20eau/yucca%20filamentosa.jpg
CAM metabolisms
Classic CAM plants. Saguaro Cacti (Carnegiea gigantea) in Sonora
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
Fotosintēze
Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē
~10%
~2%
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