Transcript Fotosintēze Organisko vielu aprite augā (pēc Vītola 1975) Fotosintēze Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeni.

Fotosintēze
Organisko vielu aprite augā
(pēc Vītola 1975)
Fotosintēze
Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija
organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot
oglekļa dioksīdu un ūdeni. Fotosintēze raksturīga
zaļajiem augiem un fotosintezējošām baktērijām.
Fotosintēze
Redzamā gaisma
Fotosintēze
Hloroplasts
Fotosintēzes gaismas reakcijās gaismas enerģiju (redzamās gaismas spektra
sarkano un zili violeto daļu vaskulārajos augos, bet spektra dzelteno un oranžo daļu
aļģēs) saista pigmenti (hlorofils a, hlorofils b, karotinoīdi un fikobilīni).
Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.
Fotosintēze
Pigmenti
Fotosintēzes pigmentu gaismas absorbcija
(pēc Hall, Rao 1999)
Fotosintēze
Fotosintēze
Fotosintēzes pigmentu absorbcijas spektri
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
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
Fotosintēze
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
Fotosintēze
Pigmenti
β karotīns
Karotinoīdi: tetraterpēni
Šķīst: acetonā, benzolā, hloroformā
Gaismas absorbcijas max.: 400-500 nm
Karotinoidu fizioloģiskā nozīme
1. Saista h (palīgpigments)
2. Novērš hlorofila sadalīšanos
3. Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu
4. -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.
Fotosintēze
Karotinoīdi
Acer palmatum –
Japānas kļava rudenī
Acer saccharum–
cukura kļava rudenī
Daucus carota–
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
Fotosintēze
Pigmenti
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
Fikobilīni
Sārtaļģe
fikoeritrīns
Foto no: http://www.ucmp.berkeley.edu/protista/rhodophyta.html, http://user.uni-frankfurt.de/~schauder/cyanos/pleurof_bg.jpg
Cianobaktērijas
fikocianīns
Fotosintēze
Pigmenti



Fitohroms
(plazmolemmā, plastīdās,
mitohondrijos)
Uztver gaismu kā signālu
Gaismas absorbcijas max.:
660; 730 nm
Fitohroms – tetrapirols
h
F660  F730  Bioķīmiska
darbība,
sadalās
Fotosintēze
Pigmenti
Antociāni
(vakuolās - šūnsulā)



Antociāni - glikozīdi
Šķīst : ūdenī
Gaismas absorbcijas max.: dzeltenajā un zaļajā spektra daļā

Antociāni fotosintēzē nepiedalās (gaismas enerģija  siltuma
enerģijā)
1.
2.
3.
4.
Antociānu fizioloģiskā loma augos
Termoregulācija
Sekmē cukuru sintēzi augos
Palielina saistītā ūdens daudzumu
Kalnu augos daudz antociānu
Fotosintēze
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
Fotosintēze
Fotosintēzes gaismas reakcijas
Fotosistēma I
Fotosistēma II
Fotosintēze
Fotosistēmas darbības shēma
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosintēze
Fotosistēmas darbības
shēma
Foto no: http://www.botany.uwc.ac.za/ecotree/photosynthesis/images/photosystemmove1.gif
Fotosintēze
Fotosintēzes gaismas reakcijas
• Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas izveidošanās
• Elektronu pārnes no ierosinātā hlorofila uz akceptoru
• Hlorofila molekulas reģenerācija
• Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei
Fotosintēze
Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas
O2
(CH2O)
ATP
NADPH
hγ
Fotoķīmiskās
reakcijas
2H2O
Bioķīmiskās
reakcijas
CO2
Fotosintēze
C3 tips
Hepatica nobilis
– zilā vizbulīte
Pinus sylvestris –
parastā priede
Quercus robur –
parastais ozols
Fotosintēze
CO2 asimilācija
+
Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html
Fotosintēze
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
Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif
Fotosintēze
C4 tipa fotosintēzes reakciju
shēma
Attēls no:
http://www.mnstate.edu/chastain/Plant%20Physiology/poster%20ima
ges/simple%20c4%20cycle.jpg
Fotosintēze
C4 tips
Panicum miliaceum
Zea mays – parastā kukurūza
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
Saccharum officinarum
Fotosintēze
Jaukts C3-C4 tips
Lycopersicum esculentum –
ēdamais tomāts
Nicotiana tabacum –
parastā tabaka
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
Vitis labrusca –
Amerikas vīnkoks
Fotosintēze
CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma
Attēls no: http://www.cabnr.unr.edu/cam/images/Education/CAMDayNight.jpg
Fotosintēze
CAM tips
Yucca filamentosa –
Šķiedru juka
Sedum acre –
kodīgais laimiņš
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
Crassula aquatica –
ūdeņu biezlape
Fotosintēze
Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē
~10%
~2%
Fotosintēze
Fotosintēzes bioloģiskā nozīme:
• Gaismas enerģijas transformācija ķīmisko saišu enerģijā
(1-2% Saules enerģijas)
• Sintezējas organiskās vielas
(~2 × 1011 t gadā)
• Atjauno skābekļa daudzumu uz Zemes
• Novērš CO2 uzkrāšanos atmosfērā
• Augi novērš piesārņojumu un spēj regulēt klimatu uz Zemes