460 likes | 1.16k Vues
Fotosintēze. Fotosintēze. Organisko vielu aprite augā (pēc Vītola 1975). Fotosintēze. 1771. gads Dž. Pristlija eksperiments. Fotosintēze.
E N D
Fotosintēze Organisko vielu aprite augā (pēc Vītola 1975)
Fotosintēze 1771. gads Dž. Pristlija eksperiments
Fotosintēze Fotosintēze - gaismas enerģijastransformācija 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 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: hlorofilsfeofitins •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
Fotosintēzes pigmenti Hlorofils Acer campestre– lauku kļava Urtica dioica– lielā nātre Hepatica maxima – lielā vizbulīte 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 Karotinoīdi β karotīns Karotinoīdi: tetraterpēni Šķīst: acetonā, benzolā, hloroformā Gaismas absorbcijas max.: 400-500 nm Karotinoīdufizioloģiskā nozīme 1. Saistah (palīgpigments) 2. Novērš hlorofila sadalīšanos 3. Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu 4. -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.
Fotosintēze Hlorofila un karotinoīdu gaismas absorbcijas spektrs
Fotosintēzes pigmenti Karotinoīdi Acer palmatum – Japānas kļava rudenī Acer saccharum– cukura kļava rudenī Daucuscarota– parastais burkāns Foto no: http://www.andrews.edu/~rjo/Photographs/Fall%20sugar%20maple%20leaves.JPG, http://www.photoseek.com/wa1usa.html http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/schaugarten/DaucuscarotaL/BDaucuscarotaL2.jpg
Fotosintēzes pigmenti Fikobilīni Fikobilīni (sārtaļģēs, zilaļģēs) Fikobilīni – tetrapiroli • Šķīst: ūdenī pēc autolīzes (nešķīst – organiskos šķīdinātājos) • Gaismas absorbcijas maksimums: 500-650 nm 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
Fotosintēzes pigmenti Fikobilīni Sārtaļģe fikoeritrīns Cianobaktērijas fikocianīns Foto no: http://www.ucmp.berkeley.edu/protista/rhodophyta.html, http://user.uni-frankfurt.de/~schauder/cyanos/pleurof_bg.jpg
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 augos 1. Termoregulācija 2. Sekmē ogļhidrātusintēzi augos 3. Palielina saistītā ūdens daudzumu 4. Kalnu augos daudz antociānu
Pigmenti Antociāni Fagus sylvatica – Eiropas dižskābardis ‘Purpurea’ Acer – kļava Rubus plicatus– krokainā cūcene Foto no: http://www.littlemiami.com/LMI%20Levy%20Photographs/NFP-1-4%20Frosted%20Red%20Maple%20Leaf-John%20Bryan%20State%20Park-Oh.jpg http://www.biologie.de/biowiki/Bild:Brombeere.jpg, http://www.kurowski.pl/foto/fagus_sylvatica_atropunicea_purpurea.jpg
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
Fotosintēze Fotosistēmas darbības shēma Gaismas kvantus saista visi pigmenti, bet gaismas enerģijas → ķīmiskajā – fotosistēmas centrā hla Foto no: http://www.botany.uwc.ac.za/ecotree/photosynthesis/images/photosystemmove1.gif
Gaismas kvantu saistīšana hlorofila molekulā Elektronu enerģētiskie līmeņi hlorofila molekulā
Fotosintēzes gaismas reakciju norise • Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas (hl*) izveidošanās • Elektronu pārnešana no hl* uz akceptoru • Hlorofila molekulas reģenerācija 4. Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei
Fotosintēze Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas Stromā Tilakoīdos O2 (CH2O) ATP NADPH hγ Fotoķīmiskās reakcijas Bioķīmiskās reakcijas CO2 2H2O
Fotosintēze C3 tips Hepatica nobilis – zilā vizbulīte Pinus sylvestris – parastā priede Quercus robur – parastais ozols
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. Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
C3 tipa fotosintēzes reakcijas (Kalvina cikls) 5/6 FGA molekulu → CO2 akceptora RbBP sintēzei 1/6 FGA molekulu → fruktozes, cietes, saharozes u.c. sintēzei
Fotosintēze C3 tipa fotosintēzes tumsas (bioķīmiskās) reakcijas
Fotosintēze Lapa kā fotosintēzes orgāns C4 tipa augs C3 tipa augs Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
Fotosintēze C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma 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.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
Fotosintēze C4 tips Panicummiliaceum Zea mays – parastā kukurūza Saccharum officinarum Attēls no: http://www.expasy.org/spotlight/images/sptlt057_1.jpg Attēls no: http://www.botanik.uni-karlsruhe.de/garten/fotos-hassler/Panicum%20miliaceum%20BotKA%20S2.jpg Attēls no: http://www.nybg.org/bsci/belize/Saccharum_offininarum_1.jpg
Fotosintēze Jaukts C3-C4 tips Lycopersicum esculentum – ēdamais tomāts Nicotiana tabacum – parastā tabaka Vitis labrusca – Amerikas vīnkoks Attēls no: http://www2.mpiz-koeln.mpg.de/pr/garten/schau/Lycopersiconlycopersicum/BLycopersiconlycopersicum1.jpg Attēls no: http://www.chili-balkon.de/solanaceae/bilder/nicotiana_tabacum.jpg Attēls no: http://www.newfs.org/nurscat05/pix/Vitis-labrusca9150-Cathe.jpg
Fotosintēze CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma CAM tipa fotosintēzes reakcijas = C4 reakcijām, tikai karboksilācija un dekarboksilācija atdalītas laikā nevis telpā Attēls no: http://www.cabnr.unr.edu/cam/images/Education/CAMDayNight.jpg
Fotosintēze CAM tips Yucca filamentosa– Šķiedru juka Sedum acre – kodīgais laimiņš Crassula aquatica – ūdeņu biezlape Attēls no: http://magnar.aspaker.no/Sedum%20acre.jpg Attēls no: http://www.bd.lst.se/publishedObjects/10001547/Crassula_aquatica.jpg 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-likeleaves (highly dissected by wind in this photo) and gets all of its water from fog. It is aGymnosperm and exhibits C3-CAM intermediate metabolism
Fotosintēze Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē ~10% ~2%
Fotosintēzesbioloģiskā 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