2. Mida teame?
• Kuidas toimub rakuhindamine?
• Kuidas toimub ATP süntees?
• Milline on taime ehitus?
Joonis, mis näitab
taime ehitust.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
2/12
3. Mida teada saame?
•
•
•
•
Kus toimub fotosüntees?
Kuidas toimub fotosüntees?
Milline on fotosünteesi tähtsus looduses?
Millised teguri mõjutavad fotosünteesi?
Külli Kori
Organismide energiavajadus
3/12
4. Fotosüntees
• Protsess, mille käigus CO2 muudetakse
valgusenergiat kasutades orgaanilisteks ühenditeks.
• 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
• Taimed, vetikad, osad bakterid.
• Esimesed fotosünteesijad tootsid H2S.
• Esimesed hapnikku
tootvad fotosünteesijad
Pilt tsüanobakterist
olid tsüanobakterid.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
4/12
5. Kloroplast
• Fotosüntees toimub koroplastis.
• Tekkinud algloomade sümbioosist tsüanobakteritega.
Kloroplasti joonis,
kus on näidatud kloroplasti ehitus.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
5/12
6. Klorofüll
• Kloroplastides olev peamine pigment.
• Kasutab kõige tõhusamalt punast (680 nm) ja
violetsest (440 nm) osa nähtavast valgusest.
• Peegeldab tagasi rohelist valgust.
• Karotenoidid – pigmendid, mis annavad sügisel
lehtedele punaka tooni.
Pilt valguse spektrist. Midagi sellist -
Külli Kori
Organismide energiavajadus
6/12
7. Valgusstaadium
• Vajab valgusenergiat.
• Toimub kloroplasti tülakoidi membraanis.
• Valgus ergastab pigmendi molekulid ja neist
eralduvad elektronid.
• Jääkproduktiks on O2.
Joonis või video
valgusstaadiumi kohta.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
7/12
8. NADP
• Nikotiinamiid adeniin dinukleotiid fosfaat
• Koensüüm, mis seob vesinikioonid ja viib need edasi
pimedusstaadiumi reaktsioonidesse, kus neid
kasutada saab.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
8/12
9. Pimedusstaadium
•
•
•
•
•
Kloroplasti stroomas.
Ei vaja valgust.
Tsükliline protsess – Calvini tsükkel.
Lähteained: CO2 ja NADPH-ga kohale toodud H+.
Tulemus: glükoos.
Joonis Calvini tsüklist vms
Külli Kori
Organismide energiavajadus
9/12
10. Fotosünteesi tähtsus
•
•
•
•
•
•
•
Valgusenergia muutub keemiliseks energiaks.
CO2-st toodetakse suhkruid.
Toodetakse rakuhingamiseks vajalik hapnik.
Toodetud süsivesikud on toiduks ja energiaallikaks.
Toodetakse inimese eluks vajalikke materjale.
Fossiilsete kütuste tekkimine.
Kontrollib atmosfääri CO2 ja O2 taset.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
10/12
12. Kokkuvõte
• Fotosüntees toimub kloroplastis.
• Fotosünteesi käigus muudetakse CO2 valgusenergiat
ja vett kasutades glükoosiks. Kõrvalproduktiks on O2.
• Fotosüntees kontrollib õhu CO2 ja O2 taset, toodab
hapnikku, suhkruid, tekitab fossiilseid kütuseid.
• Fotosünteesi intensiivsust mõjutavad
valgus, temperatuur, CO2 hulk, varustatus vee ja
mineraalainetega, füsioloogiline seisund, taimeliik.
Külli Kori
Organismide energiavajadus
12/12
Editor's Notes
Rakuhingamiseks nimetatakse glükoosi lõpliku lagundamist, mille tulemusel saadakse energiat ja eraldub CO2. Energia salvestatakse ATP molekulidesse.Rakuhingamisel toodetakse ATP-d mitokondri membraanis asuva ATP süntaasi abil. ATP süntaasi paneb tööle vesinikioonide kontsentratsiooni erinevus kahel poolmembraani. Et kontsentratsioonid võrdsustada, liiguvad vesinikioonid kõrgema kontsentratsioonigapoolelt madalama kontsentratsioonigapoolele. See toimub läbi membraanis paiknevate kanalite - ATP süntaaside. Kui vesinikioon liigubATP-süntaasi abil läbi rakumembraani, lükkab see ensüümi „mootori“ tööle ning saadud energiaabil liidab ensüüm ADP ja fosfaatrühma.Taime ehitus: juur (kinnitumine, vee ja mineraalainete saamine pinnasest), vars (ühendab taime organeid, ainete liikumine, kasvamine), leht (fotosünteesi toimumine, veeaurumine, õhulõhed), vili (õistaimedel seemnete valmimise koht), õis (õistaimedel muna- ja seemnerakkude valmimise koht).
Fotosüntees onprotsess, mille käigus CO2 muudetakse valgusenergiat kasutades orgaanilisteks ühenditeks,eelkõige suhkruteks. Fotosünteesi võib kokku võtta järgmise võrrandiga: 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2. Lähteaineteks on süsihappegaas ja vesi ning produktideks glükoos ja hapnik.Fotosüntees toimub taimedes, vetikates ja osades bakterites. Esimesed fotosünteesivad organismid kujunesid välja 3,5 miljardit aastat tagasi – need olid mikroskoopilised organismid. Esimesed fotosünteesijad hapnikku ei tootnud, vaid said energia tootmiseks vajalikuvesiniku veemolekuli (H2O) asemel väävelvesinikust (H2S). Hapniku hakkasid tootma tsüanobakterid umbes 3 miljardit aastat tagasi. Õpilastelt võiks küsida, mis nad arvavad, mis võis olla tsüanobakterite hapniku tootmise tulemuseks? Selle tulemusena hakkas tõusma hapniku hulk atmosfääris, mis võimaldas organismidel arenema hakata. Arenesid algloomad, kes hakkasid toituma tsüanobakteritest. Algloomade sümbioosist bakteritega tekkisid kloroplastid ehk fotosünteesivad organellid. (pikemalt järgmisel slaidil)Pildil on kujutatud tsüanobaktereid.
Fotosüntees toimub kloroplastis. See on taimerakkudes või päristuumsete vetikate rakkudes asuv kahekordse membraaniga ümbritsetud organell, mis viib läbi fotosünteesi. Kloroplast on tekkinud alglooma ja tsüanobakteri sümbioosi tulemusena.Bakterirakus kloroplaste ei ole. Fotosünteesivatel bakteritel toimub see protsess raku sees olevatel membraanidel.Kloroplasti ehitusse kuuluvad: välimine membraan, sisemembraan, membraanidevaheline ruum, strooma (poolvedel sisemus), tülakoidid (membraaniga ümbritsetud kambrikesed), luumen (tülakoidi siseruum), graanum (tülakoidide kogum kloroplastis). Kloroplastis on ka oma DNA, mis on sinna jäänud kunagi alglooma poolt alla neelatud bakterist.Kõige rohkem kloroplaste on taime lehe ülemisel pinnal – 30-40 ühes rakus.
Fotosünteesi energiaallikaks sobib Päikese kiirgusest vaid nähtav valgus, lainepikkusega 380–750 nm.Nähtava valguse eri lainepikkusi tajutakseerineva värvusena. Nähtava valguse ala on kitsas osa kogu elektromagnetkiirguse spektrist. (pildil elekktormagnetkiirguse spekter ja välja toodud nähtava valguse osa)Fotosüntees on tõhusaim, kui taimele langevvalgus on spektri punases (680 nm) või violetses (440 nm) osas.Kloroplastides olev peamine pigment on klorofüll, miskasutab just nendel lainepikkustel olevat valgust. Nende vahele jääva rohelise valguse peegeldab pigment aga tagasi – see annab kloroplastile ja kogu taime fotosünteesivale osale rohelise värvuse.Klorofülli on kahte tüüpi: klorofüll a ja klorofüll b. Nendes neelduva valguse lainepikkused on natuke erinevad, et täiendada teineteist ja et valguse neelduminekloroplastides oleks võimalikult efektiivne.Õpilastelt võib selle põhjal küsida, miks on taimed rohelised? Rohelise värvuse annab klorofüll, mis peegeldab tagasi rohelist valgust.Aga miks lähevad lehed sügisel punakaks? Lisaks klorofüllile sisaldavad taimerakud ka punaseid, kollaseid, pruune, oranže pigmente, mida nimetatakse karotenoidideks. Need neelavad valgust klorofüllist erinevatel lainepikkustel ning peegeldavad tagasi punakat tooni valgust. Lehtedes tulevad need pigmendid nähtavale sügisel, kui klorofülli molekulid on lagunenud.
Fotosüntees jaguneb kaheks staadiumiks: valgusstaadiumiks ja pimedusstaadiumiks (pikemalt järgmisel slaidil).Valgusstaadiumiks on vaja Päikeselt saada valguseenergiat. See toimub kloroplasti tülakoidi membraanis.Kui valgus langeb taimele, ergastuvad pigmentide molekulid, ning igast pigmendi molekulist eraldub üks elektron. Järgnevad fotosünteesi reaktsioonidtoimuvadki pigmentides ergastunud elektronide energia arvel. Klorofülli molekulid võtavad kaotatud elektroni tagasi vee molekulist.Selle reaktsiooni tulemusena laguneb veemolekulvesinikioonideks ja hapnikuks. Hapnik on reaktsiooni jääkprodukt.Vee lagundamise tulemusena on vesinikioonide kontsentratsioon tülakoidi membraani ühel ja teisel pool erinev. Et vesinikioonide kontsentratsioonkahel pool membraani oleks tasakaalus, liiguvad vesinikioonid läbi membraani. See käivitab membraanis asuva ensüümi – ATP-süntaasi, mis hakkabtootma ATP molekule, lisades ADP-le fosfaatrühma.Siinkohal võiks meelde tuletada, kuidas toimus ATP süntees rakuhingamisel mitokondris. See toimus täpselt sama moodi.
Klorofüllist eraldunud elektron antakse erinevate molekulide vahendusel edasi molekulile nimega NADP (nikotiinamiid adeniin dinukleotiid fosfaat), mis selle tulemusel redutseerub, liidab endaga vesinikiooni ning muutub NADPH-ks, mis viib vesinikiooni edasi fotosünteesi pimedusstaadiumisse.Pildil on kujutatud NADP molekuli. Siin võiks võrdluseks meelde tuletada, millised koensüümid täitsid sarnast rolli rakuhingamisel? Need olid NAD ja FAD.
Pimedusstaadium toimub kohe pärast valgusstaadiumit kloroplasti stroomas. Siin valgust vaja ei ole (aga see ei tähenda, et pimedusstaadium toimub ainult pimedas). Pimedusstaadiumi reaktsioonid moodustavad tsükli, mida nimetatakse selle avastaja MelvinCalvini auks Calvini tsükliks.Pimedusstaadiumis saab süsinikdioksiidist ja NADPH-gakohale toodud vesinikioonidest mitmete järjestikuste reaktsioonide lõpptulemusena glükoos. Selleks vajaminev energia saadakse valgusstaadiumis sünteesitud ATP molekulidest.
Fotosünteesi tähtsus:võimaldab muundada valgusenergia keemiliseks energiaks;võimaldab toota süsihappegaasist suhkruid;toodetakse rakuhingamiseks vajalikku hapnikku;toodetud süsivesikud on paljudele organismidele toiduks ja energiaallikaks;fotosünteesivatelt organismidelt saab ka paljusid muid materjale (näiteks puit japuuvill), mida inimesed oma eluks vajavad;fossiilsed kütused on tekkinud miljoneid aastaid tagasi elanud fotosünteesivate organismide elutegevuse tagajärjel;kontrollib atmosfääri süsihappegaasi ja hapniku taset.
Fotosünteesi mõjutavad:Valguse intensiivsus. Kui valgust on vähe, on fotosüntees aeglane. Fotosünteeskiireneb, kui valguse hulk kasvab, kuid ainultteatud piirini. Sellest suurem hulk valgust fotosünteesi enam kiiremaks ei muuda.Temperatuur. Fotosüntees algab, kui temperatuurtõuseb üle 0 ºC. Kõige intensiivsem on fotosüntees 20–30 °C juures. Kui temperatuur tõuseb üle 40 ºC, aeglustub fotosünteeskiiresti ning peatub lõpuks, sest liiga kõrgel temperatuuril hävivad fotosünteesiks vajalikud ensüümid.Süsihappegaasi hulk õhus. Mida kõrgem on süsihappegaasi kontsentratsioon, seda kiiremini toimub fotosüntees. Atmosfääris on süsihappegaasi alla 0,04%, kuid on näidatud, et kontsentratsiooni tõstmine 0,1%-ni tõstab oluliselt fotosünteesi intensiivsust. Alates mingist piirist fotosünteesi intensiivsus enam ei kiirene.Taime varustatus vee ja mineraalainetega. Vesi on fotosünteesi üks lähteaine – veest saadakse fotosünteesi toimumiseks vajalikke elektrone ja vesinikioone. Koos veega liiguvadka toitained pinnasest taimejuurtesse. Kui vett on liiga palju, siis aurustub see õhulõhede kaudu; kui vett on liiga vähe, sulguvad õhulõhed ja fotosünteesi intensiivsus väheneb ka seetõttu, et süsihappegaasi ei pääse enam õhulõhede kaudu sisse. Mineraalainetest saadakse mitmeid keemilisi elemente (nt fosforit, kaaliumit, lämmastikku), mida on vaja fotosünteesis osalevates ensüümides ja pigmentides.Taime füsioloogiline seisund. Näiteks taimehaigused või stress võivad pärssida fotosünteesi. Samuti on puhkeseisundis taimes ainevahetus madal ja fotosüntees pärsitud.Taimeliik. Osa taimi on valguslembelised, osa varjulembelised. Varjutaimede fotosünteesi intensiivsus on madalam kui valguslembelistel taimedel ka ereda päikese valguse käes.Õpilastele infoks: Mida intensiivsemalt fotosüntees taimedes toimub, seda rohkem orgaanilist ainet taim toodabja seda kiiremini ta kasvab. Kuidas seda inimesed enda kasuks ära kasutada saavad?Seda saab kasutada saagikuse suurendamiseks. Kui fotosüntees on intensiivsem, siis tuleb parem saak. Selleks, et kuntslikult fotosünteesi intensiivsust tõsta, kasvatatakse taimi kasvuhoonetes, kus saab keskkonna tingimusi lihtsamini muuta.
Fotosüntees toimub kloroplastis. Sellest protsessis osaleb pigment – klorofüll.Fotosünteesi käigus muudetakse CO2 valgusenergiat ja vett kasutades glükoosiks. Kõrvalproduktiks on O2.Fotosüntees kontrollib õhu CO2 ja O2 taset, toodab hapnikku, suhkruid, tekitab fossiilseid kütuseid.Fotosünteesi intensiivsust mõjutavad valgus, temperatuur, CO2 hulk, varustatus vee ja mineraalainetega, füsioloogiline seisund, taimeliik.
