Valikkursuse õppematerjal


FOTOSÜNTEES

Fotosüntees on taimedes ja fotosünteesivates bakterites toimuv protsess, mille käigus valgusenergia muudetakse orgaaniliste ühendite keemiliseks energiaks.

Taimede puhul seisneb fotosüntees süsihappegaasi- ja veemolekulide liitmises orgaanilise aine (glükoosi) molekuliks valguse poolt ergastatud klorofülli energia arvel:

 

12NADPH2

 

6CO2 + 12H2O

———»

C6H12O6 + 6O2 +6H2O

 

18 ATP

 

Fotosünteesi tähtsus looduses

Fotosünteesi tähtsus on sellest võrrandist tuletatav:
— orgaanilise aine tootmine (taime kasv, heterotroofidele toit);
— hapniku tootmine (organismidele, sh taimedele endile hingamiseks, hapnikuaatomitest moodustub ka osoon - O3 kiht kaitseb Maad liigse ultraviolettkiirguse eest);
— süsihappegaasi sidumine atmosfäärist


    Fotosünteesi kiirus sõltub

  • • CO2 hulgast atmosfääris, selle sisalduse tõus kuni ca 3% õhu koostisest intensiivistab fotosünteesi;
  • • valguse intensiivsusest, teatud tasemeni suurenev valgustatus intensiivistab fotosünteesi;
  • • taime tüübist; erinevus on varju- ja valgustaimede ja paljude teiste puhul;
  • • tuule tugevusest, fotosünteesile mõjub nii taime jahutamine kui CO2 "juurdetoomine";
  • • temperatuurist, piirides 0°...35° C kehtib van't Hoffi reegel: temperatuuri tõusmisel 10° C võrra intensiivistub fotosüntees 2...3 korda, temperatuuril 40°...50° C fotosüntees lakkab;
  • • taime vee-ainevahetusest, fotosünteesiks on soodne väike vee-defitsiit, kuna siis on õhulõhed parajalt lahti — liigse veehulga või kuivuse korral õhulõhed sulguvad;

Fotosünteesi saagikuseks on keskmiselt 6 grammi orgaanilist ainet 1m2 lehepinna kohta.


Fotosünteesi käik

Fotosüntees toimub kloroplastides.

Tinglikult eristatakse siin kahte etappi: valgusstaadiumi ja pimedusstaadiumi. Valgusstaadiumis toimuvad reaktsioonid vajavad toimumiseks valgusenergiat, mis ergastaks klorofülli molekulid, seega valgusstaadium pimedas ei toimu. Pimedusstaadiumi reaktsioonid valgust ei vaja, need toimuvad nii pimedas kui valguse käes.

Fotosünteesi valgusstaadiumi reaktsioonid algavad klorofülli ergastamisega*. Valguskvandid löövad elektrone klorofülli koostisest teistele pigmentidele*. Pigmente mööda liikudes ja järk-järgult neile oma energiat ära andes jõuavad elektronid kas vaheühendi NADP* koosseisu või algsesse kohta (klorofülli molekuli koostisse) tagasi. Elektronide energia baasil sünteesitakse ATP, sel viisil muudetakse valgusenergia keemilise sideme energiaks. Ergastatud klorofüllimolekulid aga teostavad vee fotooksüdatsiooni- veemolekulid lõhutakse hapnikuaatomiteks, prootoniteks* ja elektronideks. Siit saabki klorofüll tagasi oma puudusolevad elektronid (mille valgus ergastas). Hapnikuaatomid liituvad molekulideks ning need eraldatakse atmosfääri. Seega pärineb õhuhapnik tegelikult veemolekulidest. Vesinikioonid seotakse vaheühend NADP koosseisu, kus nad hiljem kohtuvad "ringi täis teinud" elektronidega. Nii on vee fotooksüdatsioonil tekkinud osakesed taas oma koha leidnud.


Kokkuvõtvalt, fotosünteesi valgusstaadiumi tähtsamad protsessid on:
— klorofülli ergastamine valguse poolt;
— veemolekulide lagundamine, hapniku eraldumine;
— ATP süntees elektronide energia arvel;
— vesinikuaatomite (prootonid + elektronid) sidumine vaheühendiga, moodustub NADPH2


Fotosünteesi teises etapis, pimedusstaadiumis vajatakse valgusstaadiumis sünteesitud ATP molekule ning vaheühend NADPH2 koostisest vesinikuaatomeid.


Ergastamine - energia juurde andmine, siinkohal elektronidele.

NADP - nikotiin-amiid-adeniin-dinukleotiid-fosfaat.

Pigment - värvaine, klorofüll on rohelist värvi pigment.

Prooton - H+, vesinikioon.


Fotosünteesi pimedusstaadium

Pimedusstaadiumi reaktsioonid moodustavad tsükli, seda reaktsioonide ahelat nimetatakse avastaja auks Calvini tsükliks.


Pimedusstaadiumi reaktsioonide käigus:
— seotakse atmosfäärist süsihappegaasi,
— kasutatakse ära vesinikuaatomid vaheühendi (NADPH2) koosseisust ning
— sünteesitakse glükoos. Selleks kasutatakse valgusstaadiumis sünteesitud ATP energiat.

Seega pärinevad glükoosi moodustavad aatomid süsihappegaasist (C ja O) ja veest (H).


Pimedusstaadiumi tähtsamad protsessid on:
— süsihappegaasi sidumine atmosfäärist;
— glükoosi süntees;
— vaheühendi (NADP) ja ATP algse seisundi taastumine (ADP*)


ADP - adenosiindifosfaat, aine, mille molekuli koostises on üks fosforhappejääk vähem kui ATP-l; ADP ja fosforhappejäägi liitumisel tekibki ATP, moodustunud side on väga energiarikas.

Peatüki alguses toodud üldvõrrandist on leitavad protsessides osalevate ainete vahekorrad:
 Ühe glükoosimolekuli sünteesiks on tarvis 6 molekuli süsihappegaasi ning 12 molekuli vett. Et reaktsioonide käigus tekib taas 6 molekuli vett, esineb see võrrandi mõlemal pool (lihtsustatud variandis taandatakse). See tähendab, et reaktsioonide toimumiseks on vaja 12 veemolekuli osavõtt, kuid orgaanilise aine ja hapniku koostisosadeks kulub neid 6.
 Ühe glükoosimolekuli sünteesil eraldub 6 molekuli hapnikku, osaleb 12 NADP ning 18 ADP molekuli.


Koostanud © Urmas Tokko
Tartu Tamme Gümnaasiumi bioloog
Elektronpost: tokko@tamme.tartu.ee

Post: Tamme Gümnaasium
Tamme pst 24a
50404 Tartu
Telefon: 7428880, fax: 7428744


Õppematerjali kopeerimine ja paljundamine autori loata on keelatud

Õppematerjali lugejal palutakse arvestada tõigaga, et see kajastab mõnevõrra varasemaid vaateid. Vetikaid on käsitletud taimeriigi osana (ja mitte protistidena). Seeneriigi jaotamine hõimkondadeks ei lange päris kokku "Üldbioloogia II osas" tooduga.

Õppematerjal on valminud Keskkonnafondi Tartumaa osakonna materiaalsel toel, 1998...1999