Fotosintezė: gyvybės procesas Žemėje

Fotosintezė - tai sudėtingas biocheminis procesas, kurio metu organizmai, turintys chlorofilo (paprastai augalai, taip pat žaliosios ir purpurinės bakterijos), naudoja regimosios spektro dalies Saulės energiją didelės energinės vertės junginių sintezei. Šiame procese regimosios šviesos fotonai suteikia pakankamai energijos chlorofilo molekulės elektronams sužadinti. Pagrindiniai fotosintezės reagentai yra anglies dioksidas (CO2) ir vanduo (H2O), iš kurių sintetinami angliavandeniai, o šalutiniu produktu į atmosferą išsiskiria deguonis (O2).

Fotosintezė skirstoma į dvi pagrindines, tarpusavyje susijusias reakcijas: šviesinę reakciją, kuriai būtinas šviesos energijos panaudojimas, ir tamsinę reakciją (dar žinomą kaip Calvino ciklas), kuriai tiesiogiai šviesa nebūtina, tačiau ji priklauso nuo šviesinės fazės metu susidariusių produktų.

Fotosintezės mechanizmas: šviesinė ir tamsinė fazės

Šviesinė fazė

Šviesinės reakcijos vyksta chloroplastų tilakoidų membranose. Čia esantys fotosintetiniai pigmentai, svarbiausias iš kurių yra chlorofilas, sugeria šviesos energiją. Ši energija naudojama elektronams perduoti nešiklio molekulėms. Fotocheminės reakcijos vyksta specialiose struktūrose, vadinamose fotosistemomis. Išskiriamos dvi pagrindinės fotosistemos: FSI (Fotosistema I) ir FSII (Fotosistema II).

• FSI geriausiai sugeria 700 nm ilgio bangas. Šviesai sužadinus FSI, elektronai pernešami į redukuojamąją ferredoksino medžiagą (RFM), sudarant elektronų pernašos grandinę, kurioje dalyvauja ir NADP (nikotinamido adenino dinukleotido fosfatas).
• FSII, geriausiai sugeriančioje 680 nm ilgio bangas, šviesa aktyvina stiprų oksidatorių. Šis oksidatorius geba atimti elektronus iš vandens molekulių, todėl vyksta vandens fotolizė - vanduo skaidomas, o išsiskiriantis laisvas deguonis (O2) patenka į atmosferą.

Šviesinės fotosintezės reakcijos metu, per fotosintetinio fosforilinimo reakcijas, susidaro adenozintrifosfatas (ATP). Tai yra pagrindinė energijos forma, naudojama vėlesnėse fotosintezės stadijose.

Tamsinė fazė (Calvino ciklas)

Per šviesines reakcijas susidarę junginiai - NADPH (redukuotas NADP) ir ATP - yra būtini tamsinės fazės reakcijoms, kurios apima anglies dioksido (CO2) redukciją. Tamsinė reakcija gali tęstis tol, kol pakanka šviesinės fazės metu susidariusių energijos ir redukuojančio vandenilio nešiklių. Šiame cikle CO2 reaguoja su ribuliozės-1,5-difosfatu (RuBP). Veikiamas fermentų, CO2 ir RuBP junginys virsta fosfoglicerolio rūgštimi (FGR), kuri vėliau redukuojasi į fosfoglicerolio aldehidą (FGA). Redukuojantį vandenilį šiai reakcijai teikia NADPH.

Dalis FGA, veikiamas fermento izomerazės, pereina į fosfodioksialdehidą (FDA). Veikiami fermento aldolazės, FGA ir FDA jungiasi į fruktozės-1,6-difosfatą. Po daugelio fermentinių reakcijų sintetinasi fruktozė ir gliukozė, iš kurių vėliau susidaro sacharozė ir krakmolas - pagrindiniai augalų energijos kaupimo ir transportavimo junginiai. Ciklo metu susidariusi fosforibuliozė, prisijungdama fosforo rūgšties liekaną iš ATP, vėl virsta difosforibulioze ir ciklas kartojasi.

Fotosintezės variantai ir prisitaikymai

Nors pagrindinis fotosintezės mechanizmas yra panašus visuose fotosintetinančiuose organizmuose, egzistuoja adaptacijos, leidžiančios efektyviau vykdyti šį procesą įvairiomis aplinkos sąlygomis.

C4 fotosintezė

Kai kuriuose augaluose, tokiuose kaip kukurūzai, soros ir cukranendrės, vietoj FGA tiesiogiai pasigamina oksaloacto rūgštis (OAR), turinti 4 anglies atomus. Šie augalai vadinami C4 augalais. Jų fotosintezės procesas yra erdviškai padalytas tarp skirtingų ląstelių tipų. CO2 iš pradžių fiksuojamas mezofilio ląstelėse, kur jis reaguoja su fosfoenolpiruvatu (PEP), sudarydamas C4 junginius (pvz., malatą ar aspartatą). Šie junginiai pernešami į greta esančias ląsteles-palisades (parenchimos ląsteles), kur jie suskaidomi, išskirdami CO2. Šis CO2 tada patenka į Calvino ciklą. C4 fotosintezė yra efektyvesnė esant stipriam apšvietimui ir optimaliai temperatūrai, leidžianti C4 augalams augti greičiau nei C3 augalams.

CAM fotosintezė

Trečiasis anglies asimiliavimo variantas aptinkamas storlapinių (Crassulacean Acid Metabolism - CAM) šeimos augaluose, kurie paprastai auga sausringose vietovėse (pvz., agavos, kaktusai, bromelijiniai). Šie augalai CO2 asimiliuoja tamsiuoju paros metu, kai jų žiotelės yra atviros, siekiant sumažinti vandens netekimą garuojant. Naktį CO2 prijungiamas prie PEP, sudarydamas OAR, kuri kaupiama vakuolėse. Dieną, užsidarius žiotelėms, OAR suskaidoma, išskiriant CO2, kuris tada patenka į Calvino ciklą. Šis mechanizmas leidžia augalams taupyti vandenį ir išgyventi ekstremaliomis sąlygomis.

Fotosintezės reikšmė gyvybei Žemėje

Fotosintezė yra vienas svarbiausių gamtoje vykstančių procesų, palaikantis gyvybę Žemėje iš esmės.

• Maisto gamyba: Vykstant fotosintezei, augalai apsirūpina maistu ne tik patys, bet ir aprūpina visus kitus gyvus organizmus - tiek augalėdžius, tiek mėsėdžius. Tai yra energijos pagrindas visoms maisto grandinėms.
• Deguonies išskyrimas: Fotosintezės metu išskiriamas deguonis (O2) yra būtinas visų aerobinių organizmų kvėpavimui. Be deguonies negalėtų egzistuoti didžioji dalis gyvybės formų Žemėje.
• Atmosferos sudėties reguliavimas: Fotosintezės metu augalai sugeria didelius kiekius anglies dioksido (CO2), kuris yra pagrindinis šiltnamio efektą sukeliančias dujas. Tai padeda reguliuoti Žemės klimato sąlygas.
• Osono sluoksnio formavimasis: Atmosferoje esantis deguonis yra būtinas ozono sluoksnio formavimuisi, kuris saugo gyvuosius organizmus nuo kenksmingos Saulės ultravioletinės spinduliuotės.

Žalieji augalai per metus į aplinką perdirba apie 200 mlrd. tonų anglies. Manoma, kad visas Žemės atmosferos deguonis yra susidaręs vykdant fotosintezę per milijonus metų.

Augalų audiniai ir fotosintezė

Fotosintezė vyksta specializuotose augalų ląstelėse, kuriose yra chloroplastų - organoidų, turinčių chlorofilo. Lapai, kurie yra pagrindiniai fotosintezės organai, sudaryti iš įvairių tipų audinių, atliekančių specifines funkcijas:

• Epidermio audinys: Tai išorinis ląstelių sluoksnis, apsaugantis lapą ir reguliuojantis dujų apykaitą bei vandens netekimą per žioteles.
• Mezofilio audinys: Sudarytas iš parenchimos ląstelių, kuriose gausu chloroplastų. Tai pagrindinė fotosintezę vykdanti audinių grupė. Parenchimos ląstelės gali būti dviejų tipų: stačiakampės ląstelės-palisades, esančios viršutiniame sluoksnyje ir tankiai išsidėsčiusios, bei laidiosios ląstelės su oro ertmėmis, esančios apatiniame sluoksnyje.
• Laidieji audiniai (ksilema ir floema): Esantys lapo gyslose, šie audiniai atsakingi už vandens ir mineralinių druskų transportavimą į ląsteles (ksilema) bei pagamintos gliukozės (sacharozės) transportavimą po visą augalą (floema).

Taigi, augalų audinių struktūra yra tiesiogiai susijusi su fotosintezės proceso efektyvumu, užtikrinant optimalų šviesos sugėrimą, dujų apykaitą, vandens tiekimą ir pagamintų maisto medžiagų transportavimą.

tags: #koks #augale #esantis #audinys #vykdo #fotosinteze

Populiarūs įrašai:

• Pomidorų konservavimas
• Kur pirkti sodininkystės reikmenis Mažeikiuose
• Priežiūra pelkėse augančioms orchidėjoms
• Šaldytuvų istorija ir evoliucija
• Kibusis lipikas: augalo apžvalga