Fotosüntees
Fotosüntees on protsess, mille abil taimed ja muud asjad toodavad toitu. See on endotermiline (võtab soojust) keemiline protsess, mis kasutab päikesevalgust, et muuta süsinikdioksiid suhkruks, mida rakk saab kasutada energiaks. Lisaks taimedele kasutavad seda toidu saamiseks ka paljud vetikad, algloomad ja bakterid. Fotosüntees on väga oluline elu jaoks Maal. Erandiks on teatavad organismid, mis saavad oma energiat otse keemilistest reaktsioonidest; neid organisme nimetatakse kemoautotroofideks.
Fotosüntees võib toimuda erinevalt, kuid mõned osad on ühised.
6 CO2(g) + 6 H2O + footonid → C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
süsinikdioksiid + vesi + valgusenergia → glükoos + hapnik
Süsinikdioksiid satub lehtedesse läbi stomata difusiooni teel atmosfäärist.
Vesi imendub mullast juurekarvade kaudu, millel on suurem pindala, et suurendada vee omastamist.
Fotosüntees toimub kloroplastis (leherakkudes), mis sisaldab klorofülli, rohelist pigmenti, mis neelab valgusenergiat. Lehtedes on Palisadirakkudes palju kloroplastide, et püüda rohkem valgust. Nii saab taim teha rohkem fotosünteesi.
Hapnik on jäätmeteke: seda kasutatakse hingamiseks või difundeeritakse lehest läbi stomata tagasi välja.
Glükoosi kasutatakse hingamiseks (energia eraldamiseks rakkudes). Seda säilitatakse tärklise kujul (mis muudetakse pimedas hingamiseks tagasi glükoosiks). Glükoosi saab muuta ka teisteks ühenditeks, mis on vajalikud kasvuks ja paljunemiseks, nt tselluloosiks, nektariks, fruktoosiks, aminohapeteks ja rasvadeks.
Päikesevalguse energia, juurte poolt imetud vesi ja atmosfäärist saadud süsinikdioksiid toodavad fotosünteesi teel glükoosi ja hapnikku.
Reaktsioonid
Fotosünteesil on kaks peamist reaktsioonikomplekti. Valgustusest sõltuvad reaktsioonid, mis vajavad töö tegemiseks valgust, ja valgusest sõltumatud reaktsioonid, mis ei vaja töö tegemiseks valgust.
Valgusest sõltuv reaktsioon
Päikeselt saadavat valgusenergiat kasutatakse veemolekulide lõhustamiseks (fotolüüs). Päikesevalgus tabab taime kloroplastide kromosooli, mis paneb ensüümi vett lõhkuma. Vee lõhustumisel tekib hapnik, vesinik ja elektronid.
Vesinik koos valguse poolt ergastatud elektronidega muudab NADP NADPH-ks, mida seejärel kasutatakse valgusest sõltumatutes reaktsioonides. Hapnik difundeerub taimest välja fotosünteesi jäätmetena ning ATP sünteesitakse ADP-st ja anorgaanilisest fosfaadist. See kõik toimub kloroplastide granaasides.
Valgusest sõltumatu reaktsioon
Selle reaktsiooni käigus ehitatakse suhkruid üles, kasutades süsinikdioksiidi ja valgusest sõltuvate reaktsioonide (ATP ja NADPH) ning mitmesuguste teiste Calvini tsükli käigus taimes leiduvate kemikaalide saadusi. Seega ei saa valgusest sõltumatu reaktsioon toimuda ilma valgusest sõltuva reaktsioonita. Süsinikdioksiid difundeerub taimesse ja koos kloroplastis olevate kemikaalidega, ATP ja NADPH-ga tekib glükoos, mis lõpuks translokatsiooni teel ümber taime transporditakse.
Kloroplastide skeem
Varajane evolutsioon
Esimesed fotosünteetilised organismid arenesid tõenäoliselt elu ajaloo alguses. Nad võisid vee asemel kasutada elektronide allikana redutseerivaid aineid, nagu vesinik või vesiniksulfiid. Tsüanobakterid ilmusid hiljem ja nende toodetud liigne hapnik aitas kaasa hapnikukatastroofile. See tegi võimalikuks keerulise elu evolutsiooni.
Efektiivsus
Tänapäeval on fotosünteesi abil saadava energia keskmine kogumise määr maailmas ligikaudu 130 teravatti, mis on umbes kuus korda suurem kui inimtsivilisatsiooni poolt praegu kasutatav energia. Fotosünteesivad organismid muudavad aastas umbes 100-115 tuhat miljonit tonni süsinikku biomassiks.
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on fotosüntees?
V: Fotosüntees on protsess, mida taimed ja mõned mikroorganismid kasutavad süsinikdioksiidi muutmiseks suhkruks päikesevalguse abil. See muudab valgusenergia keemiliseks energiaks.
K: Millised on fotosünteesi saadused?
V: Fotosünteesi saadused on süsivesikud, mida rakud kasutavad energiaks ja teiste molekulide ehitamiseks.
K: Kuidas mõjutab fotosüntees elu Maal?
V: Fotosüntees on elu jaoks Maal elutähtis, sest see oli vastutav vaba hapniku atmosfääri viimise eest. Ilma selleta ei oleks Maal elu.
K: Kes kasutab fotosünteesi?
V: Fotosünteesi kasutavad rohelised taimed, vetikad, algloomad ja mõned bakterid. Mõned organismid, mis saavad oma energia keemilistest reaktsioonidest, nimetatakse kemoautotroofideks ja nad ei kasuta fotosünteesi.
K: Kas fotosüntees on eksotermiline või endotermiline reaktsioon?
V: Fotosüntees on endotermiline reaktsioon, mis tähendab, et selle toimumiseks kulub soojust.
K: Milliseks energiaks muundab fotosüntees valguse?
V: Fotosüntees muudab valguse energia keemiliseks energiaks.
