Fotosüntees: mis see on, protsessi kokkuvõte ja etapid

THE fotosüntees on fotokeemiline protsess, mis seisneb energia tootmises päikesevalguse kaudu ja atmosfääri süsiniku fikseerimisega.

Selle võib kokku võtta kui valgusenergia keemiliseks energiaks muundamise protsess. Termin fotosüntees on nagu tähendus süntees valguse abil.

Fotosünteesi protsess

Fotosünteesiprotsessi kujutamine

Fotosüntees on protsess, mis toimub taimerakus, alates CO-st₂ (süsinikdioksiid) ja H₂O (vesi), kui viis toota glükoosi.

Taimed, vetikad, tsüanobakterid ja mõned bakterid viivad läbi fotosünteesi ja neid nimetatakse klorofüllolenditeks, kuna neil on protsessi jaoks hädavajalik pigment klorofüll.

Fotosüntees toimub kloroplastides, organellides, mis esinevad ainult taimerakkudes ja kus leidub taimede rohelise värvi eest vastutav pigment klorofüll.

Pigmente võib defineerida kui mis tahes tüüpi aineid, mis on võimelised valgust neelama. Klorofüll on taimedes kõige olulisem pigment footonenergia neeldumiseks fotosünteesi ajal. Protsessis osalevad ka teised pigmendid, näiteks karotenoidid ja fükobiliinid.

Neeldunud päikesevalgusel on fotosünteesi protsessis kaks põhifunktsiooni:

• Suurendage elektronide ülekannet ühendite kaudu, mis annetavad ja aktsepteerivad elektrone.
• Genereerige ATP sünteesiks vajalik prootongradient (adenosiinitrifosfaat - energia).

Loe ka taimeosad.

fotosünteesi võrrand

Kokkuvõttes võime fotosünteesi protsessi selgitada järgmise reaktsiooni abil:

H₂O ja CO₂ on fotosünteesi läbiviimiseks vajalikud ained. Klorofülli molekulid neelavad päikesevalgust ja lõhustavad H₂O, vabastades O₂ ja vesinik. Vesinik ühineb CO-ga₂ ja moodustab glükoosi.

Selle protsessi tulemuseks on üldine fotosünteesi võrrand, mis tähistab oksüdatsiooni-redutseerimise reaktsiooni. H₂O loovutab CO vähendamiseks elektrone, nagu vesinik₂ süsivesikute moodustamiseks glükoosi kujul (C₆H₁₂O₆).

Fotosünteesiprotsess on siiski üksikasjalikum ja toimub kahes etapis, nagu näeme allpool.

Fotosünteesi etapid

Fotosüntees jaguneb kaheks etapiks: hele ja tume faas.

kerge faas

Selge, fotokeemiline või helendav faas, nagu nimetus seda määratleb, on reaktsioonid, mis toimuvad ainult valguse olemasolul ja toimuvad kloroplasti tülakoidide lamellides.

Päikesevalguse neeldumine ja elektronide ülekanne toimub fotosüsteemide kaudu, mis on fotokomplektid - valgud, pigmendid ja elektronitransportöörid, mis moodustavad rühma tülakoidmembraanides struktuuri kloroplast.

Fotosüsteeme on kahte tüüpi, millest mõlemas on umbes 300 klorofülli molekuli:

• Fotosüsteem I: Sisaldab P reaktsioonikeskust₇₀₀ ja neelab eelistatult valgust lainepikkusega 700 nm.
• Fotosüsteem II: Sisaldab P reaktsioonikeskust₆₈₀ ja neelab valgust eelistatavalt lainepikkusega lainepikkusel 680 nm.

Need kaks fotosüsteemi on ühendatud elektronide transpordiahelaga ja toimivad iseseisvalt, kuid täiendavalt.

Selles faasis toimub kaks olulist protsessi: vee fotofosforüülimine ja fotolüüs.

Fotosüsteemid vastutavad energia tootmiseks valguse neeldumise ja elektronide transpordi eest

Fotofosforüülimine

Fotofosforüülimine on põhimõtteliselt P (fosfori) lisamine ADP-le (adenosiini difosfaat), mille tulemuseks on ATP moodustumine.

Sel hetkel, kui fotosüsteemide antennimolekulid haaravad valguse footoni, kandub selle energia reaktsioonikeskustesse, kus leidub klorofülli. Kui footon tabab klorofülli, saab see energiat ja vabastab elektronid, mis on läbinud erinevad aktseptorid ja moodustunud koos H₂O, ATP ja NADPH.

Fotofosforüülimine võib olla kahte tüüpi:

• atsükliline fotofosforüülimine: Klorofülli poolt vabanenud elektronid ei naase selle juurde, vaid teise fotosüsteemi. Toodab ATP ja NADPH.
• Tsükliline fotofosforüülimine: Elektronid pöörduvad tagasi sama klorofülli juurde, mis neid vabastas. Vormi ainult ATP.

vee fotolüüs

Vee fotolüüs seisneb veemolekuli lagunemises päikesevalguse energia mõjul. Protsessis vabanevaid elektrone kasutatakse II fotosüsteemis klorofülli poolt kaotatud elektronide asendamiseks ja hingatava hapniku tootmiseks.

Fotolüüsi või Hilli reaktsiooni üldvõrrandit kirjeldatakse järgmiselt:

Seega on veemolekul lõplik elektronidoonor. Moodustunud ATP ja NADPH kasutatakse süsivesikute sünteesiks CO-st₂. See juhtub aga järgmises etapis, pimedas faasis.

tume faas

Tume faas, pentoositsükkel või Calvini tsükkel võivad tekkida valguse puudumisel ja juuresolekul ning juhtuvad kloroplasti stroomas. Selles faasis moodustub CO-st glükoos₂. Seega, kui valgusfaas annab energiat, siis pimedas faasis toimub süsiniku fikseerimine.

Calvini tsükli skeem

Vaadake kokkuvõtet selle kohta, kuidas Calvini tsükkel toimub:

1. Süsiniku fikseerimine

• Tsükli igal pöördel CO-molekul₂ on lisatud. Kuid glütseraldehüüd-3-fosfaadi kahe molekuli ja ühe glükoosimolekuli tootmiseks kulub kuus täielikku pööret.
• Kuus ribuloosdifosfaadi (RuDP) ja viie süsinikmolekuliga seonduvad kuue CO₂, saades 12 süsinikuga fosfoglütseriinhappe (PGA) molekuli.

2. Orgaaniliste ühendite tootmine

• 12 fosfoglütseriinhappe molekuli (PGAL) taandatakse 12 fosfoglütseriinhappe aldehüüdi molekuliks.

3. Difosfaat-ribuloosi regenereerimine

• 12 fosfoglütseriin-aldehüüdi molekulist 10 ühendavad üksteisega 6 RuDP molekuli.
• Kaks järelejäänud fosfoglütseriin-aldehüüdimolekuli käivitavad tärklise ja teiste rakukomponentide sünteesi.

Fotosünteesi lõpus tekkinud glükoos lagundatakse ja vabanev energia võimaldab rakkude metabolismil toimuda. Glükoosi lagundamise protsess on rakuhingamine.

Fotosünteesi tähtsus

Fotosüntees on biosfääri energia muundamise põhiprotsess. See toetab toiduahela alust, kus roheliste taimede pakutavate orgaaniliste ainete söötmine annab toitu heterotroofsetele olenditele.

Seega on fotosünteesi tähtsus kolme peamise teguri põhjal:

• Soodustab CO sidumist₂ atmosfääriline;
• Teostab O uuendamise₂ atmosfääriline;
• See juhib aine ja energia voogu ökosüsteemides.

Fotosüntees ja kemosüntees

Erinevalt valguse tekkimiseks vajalikust fotosünteesist kemosüntees juhtub valguse puudumisel. See seisneb orgaaniliste ainete tootmises mineraalainetest.

Põhimõtteliselt on see kaheastmeline protsess, mille teevad energia saamiseks vaid autotroofsed bakterid. Esimeses etapis oksüdeeritakse anorgaanilised ained ja teises etapis toimub süsinikdioksiidi redutseerimine, mille tulemuseks on orgaaniliste ühendite tootmine.

1. etapp: anorgaaniline ühend + O₂ → Oksüdeeritud anorgaanilised ühendid + keemiline energia
2. etapp: CO₂ + H₂O + keemiline energia → orgaanilised ühendid + O₂

Lisateave, lugege ka:

• süsinikuringe
• hapniku ring
• Botaanika: taimede uurimine