Fotosintezė

ĮŽANGA

Maždaug prieš 3 milijardus metų jau vyko fotosintezė, kurios dėke į atmosferą pradėjo skirtis deguonis. Gyvybė tuo metu vystėsi vandenynuose, formuojantis iš primityvių bakterijų sudarytam biotiniam ,, sultiniui “. Kai organinėmis medžiagomis, likusiomis dar iš ,, pirminio sultinio “ arba pagamintomis kitų tipų fotosintetinančių organizmų. Per kitus 2 milijardus metų gyvieji organizmai tapo sudėtingeni – atsirado tam tikri membraniniai dariniai, iš kurių pradėjo formuotis ląstelės su membrana apgaubtu branduoliu. Visa tai vyko vandenynuose, kur vanduo saugojo gyvus organizmus nuo pavojingų ultravioletinių spindulių.
Prireikė daugiau nei 2 milijardų metų, kad deguonies kooncentracija pasiektų 1% dabartinio jo kiekio atmosferoje. Tai sužinota ištyrus uolienose dvivalentės ir trivalentės geležies kiekį: daug geležies turintys mineralai sugėrė deguonį, ir juose dvivalentė geležis virto trivalente.Ožonas, kuris susidarė iš deguonies, pradėjo atspindėti dalį pavojingų saulės ultravioletinių spindulių. Kambro periodo pradžioje, prieš 590 milijonų metų, paviršiniai vandenys jau buvo saugi vieta gyvybei vystytis. Fotosintetinantys organizmai galėjo pagauti daugiau šviesos, taigi procesai mėm greitėti – žinoma, geologiniais masteliais. Per mažau kaip 200 milijonų metų deguonies atmosferoje padaugėjo dešimt kartų, todėl sausuma tapo taip apsaugota nuuo ultravioletinių spindulių, kad joje galėjo išgyventi gyvi organizmai. Pirmieji sausumos augalai, sudaryti iš ląstelių, turinčių membrana apgaubtą branduolį ir daugelį šiuolaikinių augalų ląstelėse aptinkamų darinių, išsivystė maždaug prieš 400 milijonų metų.

AUGALŲ MITYBA

Specializuotos kūno dalys, pritaikytos vienai ar kitai gyvybės funkcijai, va

adinamos organais. Skiriamos pagrindinėd organų grupės: 1) vegetatyviniai, kurie atlieka atskiros individo mitybos ir augimo, jo gyvybės palaikimo funkcijas; 2) reproduktyviniai, kurie atlieka dauginimosi – rūšies palaikymo – funkcijas. Vegetatyviniams organams priklauso lapai, stiebai ir šaknys, reproduktyviniams – žiedai, vaisiai ir sėklos (soriniuose augaluose – sporlapiai, sporangės).
Vienaląsčiai augalai paprastai yra judrūs. Jie arba pasyviai vandens ir oro srovių blaškomi, arba aktyviai plauko vandenyje. Judrumu vienaląsčiai augalai labai panašūs į vienaląsčius gyvūnus – pirmuonis. Tačiau esminį skirtumą sudaro mitybos būdas. Augaliniai mikroorganizmai (dumbliai) turi žalią pigmentą chlorofilą ir sugeba įsisavinti anglies dioksidą, panaudodami tam reikalui chlorofilo absorbuotą saulės energiją. Jie yra autotrofiniai organizmai.
Daugialąsčius augalus jau lengva atskirti nuo gyvūnų. Augalai tipišku atveju yra prisitvirtinę prie žemės paviršiaus. Tai yra susiję su tuo, kad augalų mitybai reikalingų medžiagų visur apptinkama: ore visuomet yra CO2 , kurį lapai asimiliuoja, o dirvožemyje vandens ir mineralinių druskų, kurias augalas šaknimis siurbia. Tačiau augalui reikalingas didelis siurbiamasis paviršius, kad jis įstengtų pakankamą kiekį CO2 iš oro paimti ir mineralinių druskų iš vandens arba dirvožemio sugerti, nes jų koncentracija paprastai yra maža.

Parazitiniai augalai
Kūpolio šaknelė balta, maža ir trapi. Bet ji, kaip erkė, įsisiurbusi į galingą dobilo šaknį, įsiskverbusi giliai į jos vidų ir čiulpia iš ten vandenį su ištirpusiomis jame mineralinėmis druskomis, dobilo paimtomis iš žemės. Ti

ikras vagis! Taip elgiasi netik kūpolis, bet ir barškutis, akišvietė ir glindė. Visų jų šaknelės silpnos ir trumpos, ir visi jie verčiasi tuo, vagia vandenį iš savo kaimynų šaknų.Augalui šeimininkui, į kurio šaknis įsisiurbė veltėdis, tenka apsirūpinti vandeniu ne tiktai sau pačiam, bet ir neprašytam svečiui. Kadangi vandens neužtenka, žaliuose maitintojo lapuose susikaupia mažiau maisto medžiagų, negu reikia, kad galėtų normaliai vystytis jo vaisiai ir bręsti sėklos. Dėl to augalas, priglaudęs svetimąjį, žūva, nesuspėjęs palikti palikuonių. Tiesa, kartu nunyksta ir įsisiurbęs parazitas.
Tiktai dideli medžiai nepasiduoda šitiems diversantams-jų plonos šaknelės paslėptos žemėje taip giliai, kad jų nepasieksi. Šitie negali, užtat kiti pasiekė. Tai – apvalūs amalo krūmeliai. Amalas prisitaikė siurbti didelių medžių šakų sultis. Visas šakos vidus esti išraizgytas svetimo augalo išaugų, kurios, slypėdamos tamsiame medžio viduje, dieną ir naktį siurbia iš jo vandenį, mineralines druskas ir cukrus.

Vabzdžiaėdžiai augalai
Pasaulyje yra iki penkių šimtų rūšių vabzdžiaėdžių augalų, kuriems maistas taip pat reikalingas, kaip ir plėšriesiems gyvūnams. Kaip ir visi kiti žaliosios viešpatijos atstovai, jie turi žalius lapus, kurie saulės šviesoje iš anglies dioksido ir vandens gamina augalui maistą. Tačiau šių augalų šaknys tokios mažos ir silpnos, ir auga jie daugiausia tokioje skurdžioje ir nederlingoje žemėje, kad negali paimti iš jos tų druskų, az

zoto ir kitų maisto medžiagų, kurios jiems reikalingos, kad galėtų gyventi. Štai ir minta tokios žolės ,,mėsa”. Ir, kas nuostabiausia, daugelis vabzdžiaėdžių augalų tokie maži, tokie grakštūs ir švelnūs, jog visiškai nepanašūs į klastingus grobuonis, apgaule priviliojančius ir paskui suryjančius savo grobį.

Mūsų šalies šiauriniuose ir centriniuose rajonuose, kur nors durpyno pakraštyje, auga mažytis augalėlis. Tarp lengvų švylio rutulėlių ir siūliškų spanguolės stiebelių ant samanų dangos išsiskleidusi apvalių, šiek tiek mažesnių už kapeiką lapelių skrotelė. Iš skrotelės kyla į viršų ilgas žiedynkotis su keletu smulkių baltų žiedelių. Tai saulašarė. Ant jos lapelių bet kuriuo paros metu žvilga tartum rasa smulkučiai skaidrūs lašeliai. Maža muselė, uodas arba skruzdėlė, nukamuota daugybės dienos rūpesčių, pamačius šiuos lašelius, skuba atsigerti, bet . patenka į tokią bėdą, iš kurios, būdama maža ir silpna, gyva jau neišsikapstys.
Kiekvieno saulašarės lapelio visas paviršius ir pakraščiai nusėti vos matomais raudonais plaukeliais – blakstienėlėmis. Skaidrus lašelis ant kiekvieno plaukelio galo –tai visai ne vanduo, o tirštas, lipnios, tąsios gleivės. Pakliuvęs į spąstus, belaisvis blaškosi ir daužosi, bandydamas išsivaduoti, ir tuomet, be abejonės, užkliudo gretimus lipnius lašelius.Visi sutrikdyto lapo plaukeliai palinksta į grobio pusę ir greitai apgleivėja jį nuo kojų iki galvos. Lapo kraštai pamažu užsiverčia ir apgaubia savo jau negyvą auką, kuri čia pat pradedama virškinti taip, ka
aip virškinamas maistas gyvūnų skrandyje. Taip yra todėl, kad šiose gleivėse esama tam tikrų medžiagų, panašių į skrandžio sultis, kurios ir virškina mėsišką maistą. Po kelių dienų lapas išsitiesia. Vėjas nupučia nuo jo kietas vabzdžio liekanas. Ant plonų plaukelių vėl išryškėja skaidrūs lašeliai. Pinklės paruoštos. Grobuonis laukia.

FOTOSINTEZĖ

Fotosintezė – tai organinių medžiagų ( gliukozė, krakmolas, baltymai, lipidai, riebalai ) gaminimas saulės šviesoje.
Organinių junginių sintezė, vykstanti dėl saulės šviesos poveikio, vadinama fotosinteze.
Augaluose, dumbliuose ir kai kuriuose kituose organizmuose fotosintezė vyksta taip:

Fotosintezės procesas išreikiamas tokia sumine lygtimi:
6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2

Fotosintezė vyksta chloropląstuose

Tik XIX a. pabaigoje mokslininkai suprato, kaip vyksta fotosintezė ir kad ji vyksta eukarijotų chromosomose (gr. Chloros – žalias + plastos – suformuotas). Iš fotosintezės reakcijos bendrosios lygties matome, kad padedamos saulės šviesos susijungia anglies dioksido ir vandens molekulės ir susidaro daug energijos turinti angliavandenio molekulė.
1930 m. C. B. van Nylis (van Niel) iš Stanfordo universiteto iškėlė mintį, kad fotosintezės metu išsiskiriantis deguonis yra atskilęs iš vandens, o ne iš anglies dioksido molekulių, kaip buvo manoma iki tol. Tą pavyko įrodyti dviem tarpusavyje nesusijusiais bandymais. Augalai buvo laikomi ore, kuriame anglies dioksidas buvo žymėtas, nes turėjo sunkiųjų deguonies atomų. Fotosintezės metu išsiskyrusio deguonies molekulėse sunkiųjų atomų nebuvo rasta. Kai augalai buvo laistomi sunliųjį deguonies atomą (lygtyje jis pažymėtas pilkai) turinčiu vandeniu, augalų išskiriamame O2 buvo aptiktas šis izomeras:

Šią fotosintezės lygtį kai kas laiko tinkamiausia, kadangi joje puikiai aritmetiškai išlygintas elementų skaičius.

Chloroplastai sudaryti iš dviejų dalių

Dviguba chloroplasto membrana gaubia didelę centrinę sritį, vadinamą stroma. Stroma – tai tirpalas su daugybe fermentų, kur CO2 pirmiausiai prijungiamas prie organinės molekulės, o paskui redukuojamas. Stromos viduje esančios membranos susiformuoja plokščius maišelius, vadinamus tilakoidais. Jie tam tikrose vietose sukrauti vienas ant kito į krūveles, vadinamas granomis. Taip jas pirmieji mikroskopu stebėję tyrėjai pavadino todėl, kad jos priminė grūdų krūveles. Manoma, jog kiekvieno tilakoido ertmė jungiasi su visų kitų tilakoidų ertmėmis, tad sudaro vieną bendrą uždarą sritį, vadinamą tilakoido ertme. Tilakoidų membranose aptinkama chlorofilo ir kitų pigmentų. Tie pigmentai sugeria saulės energiją, ši pirmiausia pažadina elektronus, kurie poto panaudojami CO2 redukuoti stromoje.

DVI FOTOSINTEZĖS FAZĖS

Fotosintezės šviesos fazė

a) Fotosintezė – sudėtingas daugiakopis procesas. Svarbiausias veiksnys joje yra chlorofilas – organinė medžiaga, kuri saulės šviesos energiją paverčia cheminių jungčių energija.
Fotosintezės procesas prasideda, apšvietus chloroplastą matomąja šviesa. Patekęs į chlorofilo molekulę, fotonas ją sudirgina: jos elektronai peršoka ant aukštesniųjų, t. y. labiau nutolsta nuo branduolio, orbitų. Dėl to elektronai lengviau atitrūksta nuo molekulių – tai chlorofilas pasidaro labai aktyvus ir gali lengvai atiduoti savo elektroną kitom medžiagoms – oksiduotis.
b) Vandens fotolizė – šviesos energijos veikiamo vandens skaidymosi procesas,kuriam reikalingi fermentai.

Šviesa
H2O H + OH

Fermentai

c)NADP redukcija – sužadintas chlorofilo elektronas susijungia su H jonu ir virsta H atomu.

e + H H

Jis (H) jungiasi su specialiu nukleotidu NADP redukuojasi ir susidaro NADPH.

H + NADP NADPH

Jis (NADPH) reikalingas tamsos fazei.
d) Laisvo deguonies susidarymas – OH atiduoda savo atomus kitiems jonam ir virsta laisvais OH radikalais.

OH + e OH

Jie tarpusavyje saveikauja ir susidaro vanduo ir deguonis.

4OH O2 + 2H2O
e) ATP sintezė – kiti sužadinti elektronai dalyvauja susidarant makroenerginei jungčiai. ATP sintezės, iš ADP ir neorganinio fosfato metu.

ADP + F ATP

ATP – naudojama tamsos fazėj.

Tamsos fazė

Tamsos fazė – ji vyksta chloroplastų stromoje, jai šviesa nebūtina, ti reikia pradinių medžiagų ir fermentų. Pradinės medžiagos:
NADPH – iš šviesos fazės
Eergijos (ATP) – iš švieos fazės
Vyksta daug sudėtingų reakcijų, Kalvino ciklas, po kurių susidaro gliukozė.

Trys Kalvino ciklo stadijos

Kalvino ciklo reakcijos – tai nuo šviesos nepriklausančios reakcijos, kurių metu sintetinami angliavandeniai. Kalvino ciklą sudaro trys stadijos: 1) anglies dioksido fiksavimas; 2) anglies dioksido redukavimas; 3) RuBP ( ribuliozės bifosfato ) regeneravimas.

Anglies dioksido fiksavimas

Kalvino ciklo pirmasis etapas – tai anlies dioksido ( CO2 ) fiksavimas. Tuo metu RuBP (ribuliozės bifosfato – penkis anglies atomus turinti molekulė ) jungiasi su anglies dioksidu. Fermentas, kuris spartina šios reakcijos eigą, vadinamas RuBP zkarboksilaze (,,rubisco”). Šis baltymas sudaro 20 – 50% visų chloroplastuose esančių baltymų. Tokio gausumo priežastis, matyt, susijusi su tuo, kad šis baltymas veikia nepaprastai lėtai (perdirba tik apie3substrato molekules per sekundę, tuo tarpu kiti fermentai – tūkstančius), tad Kalvino ciklo reakcijoms vykdyti šių fermentų reikia labai daug.

PGA redukavimas

Šešis anglies atomus turinti molekulė, susidariusi fiksuojant anglies dioksidą, tuojau pat skyla į dvi PGA (3 – fosfoglicerato) molekules, turinčias po 3 anglies atomus. Abi PGA molekulės redukuojamos iki PGA (fosfoglicerolio aldehido) dviem etapais:

ATP ATP + P

PGA PGAP PGAL

NADPH+H NADP

Iš PGA susidarant PGAL, ATP virsta ADP + P, o NADPH – į NADP

Šioje reakcijų grandinėje naudojamos NADPH ir ATP molekulės, susidariusios nuo šviesos priklausančių reakcijų metu. Jos anglies dioksidą (CO2)redukuoja iki angliavandenio (CH2O). Šiai redukcijos reakcijai reikia elektronų, kuriuos teikia NADPH, ir energijos, kurią teikia ATP.

RuBP regeneravimas

Iš Kalvino ciklo metu susidariusių šešių PGAL molekulių penkios yra sunaudojamos trims RuBP molekulėms regeneruoti. Atkreipkite dėmesį, kad 5(molekulės) x 3 (anglies atomai PGAL) = 3 (molekulės) x 5 (anglies atomai RuBP):

5 PGAL 3 RuBP

3 ATP 3 ADP + P

Kai penkios PGAL molekulės panaudojamos trims RuBP molekulėms regeneruoto, trys ATP molekulės susiskaido į tris ADP molekules + P.
Kalvino ciklo metu susidaro vienintelė RuBP molekulėms regeneruoti nesunaudota PGAL molekulė. Šios reakcijos sunaudoja dalį ATP, susidariusios nuo šviesos priklausančių reakcijų metu.
Pirmoji molekulė, kurią pavyko nustatyti Melvinui Kalvinui, buvo PGA. Tai tik tris anglies atomus turintis junginys. Todėl Kalvino Ciklas vadinamas dar ir C3 ciklu. Šiuo metu jau aptikta augalų, kurie kitaip fiksuoja anglies dioksidą, todėl ne visada pirmoji anglies dioksido fiksavimo metu susidariusi molekulė turi anglies atomus.

IŠVADOS

Vykstant fotosintezei, augalai ir dumbliai apsirūpina maistu ne tik patys, bet parūpina jo ir visiems organizmams. Vandenynuose dumbliai, o sausumoje augalai yra maisto medžiagų gamintojai, kartu ir visų tipų mitybinių grandinių pirmoji grandis. Gyvūnai minta fotosintezę vykdančiais organizmais arba kitais gyvūnais, kurie savo ruožtu mito tais pačiais fotosintezės vykdytojais.
Vykstant fotosintezei, sugeriamas anglies dioksidas ir išskiriamas deguonis. Deguonis būtinas visiems organizmams, kurie yra aerobai (kvėpuoja oru). Ir aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose yra deguonies, kur iš jo susidaro ozono skydas, saugantis žemėje gyvenančius organizmus nuo saulės ultravioletinių spindulių kenksmingo poveikio. Tai, kad vykstan fotosintezei sugeriamas anglies dioksidas, taip pat labai svarbu: jo perteklius atmosferoje nuodingas gyvūnamas, be to, jis prisideda prie klimato globalaus atšilimo. Sodindami medžius ir tausodami miškus kartu gryniname orą saugome dirvas nuo erozijos – šaknys sutvirtina dirvožemio sluoksnį.

Naudota literatūra:
Bendroji biologija 10 – 12 kl. Kaunas 1989 m.
Biologija Sylvia S. Mader Vilnius 2001m.
Augalo gyvenimas K. A. Timiriazevas Vilnius 1954 m.
Nuostabus augalų gyvenimas G. Denisovas Kaunas 1981 m.
Augalų anatomija ir morfologija J. Dagys Vilnius 1969 m.
Internetas

Darbą atliko:
Vabalninko Balio Sruogos vid. m-klos
11r klasės mokinys
Arminas Čebatorius

Leave a Comment