Fotosintezė yra gyvybiškai svarbus procesas, kuriame augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos naudoja šviesos energiją, kad paverstų anglies dioksidą ir vandenį į gliukozę (cukrų) ir deguonį.
Šis procesas yra pagrindinis energijos šaltinis daugeliui ekosistemų ir yra būtinas gyvybės Žemėje palaikymui.
Fotosintezės efektyvumui įtakos turi įvairūs aplinkos veiksniai, iš kurių vienas svarbiausių yra šviesos intensyvumas.
Šiame straipsnyje nagrinėjama fotosintezės reakcijos greičio priklausomybė nuo šviesos intensyvumo, remiantis praktinio tyrimo duomenimis ir teorinėmis žiniomis.
Fotosintezės Esmė ir Svarba
Vandenynuose dumbliai, o sausumoje augalai yra maisto medžiagų gamintojai, kartu ir visų tipų mitybinių grandinių pirmoji grandis.
Taip pat skaitykite: Dirgiklio tipo poveikis reakcijos laikui
Vykstant fotosintezei, sugeriamas anglies dioksidas (CO2) ir išskiriamas deguonis (O2). Deguonis būtinas visiems organizmams, kurie yra aerobai (kvėpuoja oru).
Be to, deguonis aukštuose atmosferos sluoksniuose sudaro ozono skydą, saugantį žemėje gyvenančius organizmus nuo saulės ultravioletinių spindulių kenksmingo poveikio.
Fotosintezė - tai vienos rūšies energijos virsmas kita rūšimi, t. y. Saulės radiacija paverčiama chemine energija.
Saulės radiaciją galima apibūdinti dviem dydžiais - energijos kiekiu ir bangos ilgiu.
Energija mus pasiekia fotonais. Fotonų turima energija yra atvirkščiai proporcinga spinduliuojamos bangos ilgiui, t. y. trumpabangės radiacijos fotonai turi daugiau energijos už ilgabangės radiacijos fotonus.
Taip pat skaitykite: Stabdymo kelio veiksniai
Fotosintezei panaudojama tik dalis viso elektromagnetinio spektro - regimoji šviesa. Fotosintetinančių ląstelių pigmentai gali sugerti įvairias regimosios šviesos bangas.
Fotosintezės Fazės
Bendroji fotosintezės lygtis parodo tik reakcijose dalyvaujančias medžiagas ir galutinius produktus.
1905 m. F. F. Blekmanas, tirdamas fotosintezės priklausomybę nuo temperatūros, padarė išvadą, kad yra dvi fotosintezės fazės: nuo šviesos priklausančios reakcijos ir nuo šviesos nepriklausančios reakcijos (Kalvino ciklas).
Nuo Šviesos Priklausančios Reakcijos
Pirmoji reakcijų grandinė vadinama nuo šviesos priklausančiomis reakcijomis, nes jos negali vykti be šviesos ir tiesiogiai nepriklauso nuo temperatūros.
Nuo šviesos priklausančios reakcijos vyksta tilakoiduose, kur yra chlorofilų bei karotinoidų.
Taip pat skaitykite: Kaip įveikti priklausomybę nuo greičio
Šie pigmentai sugeria violetinę, mėlyną ir raudoną šviesą geriau negu kito bangos ilgio šviesas.
Nuo šviesos priklausančios reakcijos - tai šviesos energijos sugėrimo reakcijos.
Jų metu tilakoidų membranų pigmentų sugerta energija panaudojama nedaug energijos turintiems H2O molekulės elektronams sužadinti ir atimti.
Šie elektronai juda į chlorofilo molekulę, po to į elektronų pernašos sistemą, kurioje panaudojami ATP gaminti iš ADP ir P.
Energijos turinčius elektronus prisijungia ir oksiduoja NADP+, tada jis virsta redukuotu NADPH.
Kad vyktų nuo šviesos priklausančios reakcijos, turi būti dvi šviesą sugeriančios sistemos, vadinamos fotosistema I (FS I) ir fotosistema II (FS II).
Fotosistemos pavadintos pagal jų atradimo eiliškumą, o ne pagal išsidėstymą tilakoidų membranoje.
Kiekviena fotosistema turi pigmentų kompleksą, kuris sudarytas iš chlorofilo a ir chlorofilo b ir pagalbinių pigmentų, tokių kaip karotinoidai.
Šalia viena kitos glaudžiai išsidėsčiusios pigmentų molekulės fotosistemoje atlieka saulės šviesos energiją gaudančios antenos vaidmenį.
Saulės energija perduodama nuo vieno pigmento kitam, kol susikaupia vienoje iš dviejų kompleksą sudarančių chlorofilo a molekulių - reakcinio centro chlorofile.
Fotosintezės grandininėse reakcijose elektronai gali judėti cikline arba necikline grandine ir ATP.
ATP gamyba fotosintezės metu dar vadinama fotofosforilinimu, nes šiame procese dalyvauja šviesa.
Ciklinė elektronų pernašos grandinė prasideda po to, kai FS I pigmentų kompleksas sugeria saulės energiją.
Tada daug energijos turintys elektronai išlekia iš FS I reakcinio centro chlorofilo a molekulės, bet galų gale vėl į ją grįžta.
Tačiau prieš grįždami jie patenka į elektronų pernašos sistemą, kuri sudaryta iš nešiklių, vienas kitam perduodančių elektronus.
Kai elektronai perduodami nuo vieno nešiklio kitam, atsipalaiduoja ATP molekulių gamybai reikalinga energija, kuri panaudojama protonams pernešti, kaupiama ir saugoma vandenilio gradiento forma.
Augaluose šios greitai susidarančios ATP molekulės gali būti panaudotos stromoje vykstančiose Kalvino ciklo reakcijose, nes šiam tikslui reikia daugiau ATP negu NADP.
Be to, yra ir kitų fermentinių reakcijų, kurios nesusijusios su fotosinteze, bet kuo puikiausiai gali panaudoti šias ATP molekules.
Greičiausiai augaluose, kai CO2 tėra tiek mažai, jog angliavandeniai nesusidaro, elektronai juda vien tik cikline elektronų pernašos grandine.
Neciklinės elektronų pernašos grandinėje elektronai juda nuo vandens per FS II į FS I, po to patenka ant NADP+.
Šį kelią elektronai pradeda, kai FS II pigmentų kompleksas sugeria saulės energiją ir daug energijos turintys elektronai išlekia iš reakcinio centro chlorofilo a molekulės.
Šis deguonis iš chloroplastų, o vėliau ir iš augalo išsiskiria dujų pavidalu.
Daug energijos turinčius elektronus, kurie išlekia iš FS II, pagauna elektronų akceptorius ir persiunčia į elektronų pernašos sistemą.
Elektronams judant nuo vieno nešiklio prie kito, atsipalaiduoja energija, kuri saugoma vandenilio jonų gradiento pavidalu, o vėliau bus naudojama ATP molekulių gamybai.
Mažai energijos turintys elektronai iš elektronų pernašos sistemos patenka į FS I.
Kai FS I sistemos pigmentų kompleksas sugeria saulės energiją, sužadinti elektronai išlekia iš reakcinio centro chlorofilo a molekulės ir juos prisijungia elektronų akceptorius.
Šį katrą elektronų akceptorius elektronus perduoda NADP+.
Elektronų neciklinės pernašos reakcijų metu:
- Suskyla vandens molekulės ir susidaro H+ ir O2.
- Susidaro ATP.
- NADP+ paverčiamas NADPH.
Tilakoido ertmė yra vandenilio jonų rezervuaras.
Pirma, kiekvienai vandens molekulei suskylant, tilakoido ertmėje lieka du H+.
Antra, elektronams judant savo pernašos sistemoje nuo vieno nešiklio prie kito, atpalaiduojama energija, kuri ir naudojama H+ siurbti iš stromos į tilakoido ertmę.
Tad tilakoido ertmėje susikaupia kur kas daugiau H+ jonų negu stromoje.
H+ jonų srautas, tekantis pro tilakoido membraną iš didesnės koncentracijos į mažesnę, tiekia energiją ATP sintazei, kurios reikia ATP pagaminti iš ADP+P.
FS II sudaryta iš baltymų komplekso ir šviesą sugeriančių pigmentų komplekso.
Citochromo kompleksas veikia tarp FS II ir FS I sistemų kaip elektronų nešiklis.
FS I sudaryta iš baltymų komplekso ir šviesą sugeriančių pigmentų komplekso.
tags: #fotointezes #reakcijos #greicio #priklausomybe #nuo #sviesos