Fotosüntees on protsess, mille käigus rohelised taimed loovad valguse käes süsihappegaasist ja veest orgaanilist ainet (glükoosi) ning eraldavad hapnikku. See toimub kloroplastides ja koosneb kahest etapist — valgusfaasist ja pimedusfaasist. Sellel lehel selgitame lihtsalt: mis on fotosüntees, kus see toimub, mille poolest faasid erinevad, kuidas näeb välja fotosünteesi võrrand ja mida selle käigus toodetakse. Lõpus on interaktiivne treener enesekontrolliks.
Mis on fotosüntees ja kus see toimub
Fotosüntees (kreeka keelest photos — valgus ja synthesis — ühendamine) on orgaaniliste ainete moodustumine anorgaanilistest ainetest valguse toimel. Lihtsamalt öeldes „valmistab taim endale toitu“ õhust ja veest, kasutades päikesevalguse energiat.
Fotosüntees toimub kloroplastides — rohelistes plastiidides, mida on leherakkudes eriti palju. Kloroplastide sees asub roheline pigment klorofüll: just see püüab kinni valguse energia ja käivitab kogu protsessi. Taimed näivad rohelistena just klorofülli tõttu.
Fotosünteesiks vajab taim kolme asja:
- valgust (päikese- või kunstvalgust);
- vett — juured imevad seda mullast;
- süsihappegaasi (CO₂) — see tuleb õhust läbi lehe õhulõhede.
Kogu fotosüntees jaguneb kaheks järjestikuseks faasiks — valgusfaasiks ja pimedusfaasiks. Nende nimesid aetakse sageli segamini, seega vaatame igaüht eraldi.
Fotosünteesi protsess: mis millest tekib
Skeem aitab näha peamist: vasakul on see, mis lehte siseneb (valgus, vesi ja süsihappegaas), paremal on see, mis tekib (glükoos ja hapnik). Hapniku eraldab taim õhku, glükoosi aga kasutab toiduks ja talletab tärklisena.
Fotosünteesi võrrand
Kogu protsessi saab kirja panna ühe summeeriva võrrandiga. Kuus molekuli süsihappegaasi ja kuus molekuli vett muutuvad valguse toimel ja klorofülli osalusel üheks molekuliks glükoosiks ja kuueks molekuliks hapnikuks.
Fotosünteesi valgus- ja pimedusfaas
Fotosüntees toimub kahes etapis. Valgusfaas toimub kloroplasti sisemembraanidel ja on võimalik ainult valguse käes: valguse energia lagundab vett, eraldub hapnik ja salvestub energia (ATP ja NADPH molekulides). Pimedusfaas toimub kloroplasti stroomas ja valgust otseselt ei vaja: siin sünteesitakse süsihappegaasist salvestatud energia abil glükoos. Tähtis: „pimedusfaas“ ei tähenda „öist faasi“ — see faas kasutab valgusfaasi saadusi, seega pimeduses ilma valguseta peatub see peagi. Võrdleme mõlemat faasi tabelis.
| Tunnus | Valgusfaas | Pimedusfaas |
|---|---|---|
| Toimumiskoht | tülakoidide membraanidel (kloroplasti graanid) | kloroplasti stroomas |
| Kas valgust on vaja | jah, toimub ainult valguse käes | otseselt ei, kuid sõltub valgusfaasi saadustest |
| Mida on vaja | valgus, vesi (H2O) | süsihappegaas (CO2), ATP ja NADPH energia |
| Mida toodetakse | hapnik (O2), ATP, NADPH | glükoos (C6H12O6) |
Fotosünteesi tähtsus elule Maal
Fotosüntees on üks looduse tähtsamaid protsesse. Tänu sellele:
- püsib õhus hapnik, mida hingavad inimesed, loomad ja taimed ise;
- eemaldatakse õhust süsihappegaas;
- luuakse orgaaniline aine — toidu alus kõigile elusolenditele. Taimed toidavad taimtoidulisi, taimtoidulised kiskjaid, seega algab kogu toiduahel fotosünteesist;
- salvestatakse valguse energia orgaanilistesse ainetesse. Süsi, nafta ja turvas on samuti iidse fotosünteesi „konserveeritud“ energia.
Seetõttu nimetatakse rohelisi taimi sageli „planeedi kopsudeks“: nad varustavad biosfääri pidevalt hapniku ja toiduga.
Analüüs: mis millest tekib
Näide 1. Kust tuleb glükoos
Küsimus: millistest ainetest teeb taim glükoosi?
Analüüs. Glükoos (C₆H₁₂O₆) koosneb süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Süsiniku võtab taim õhu süsihappegaasist (CO₂), vesiniku veest (H₂O). Energia „kokkupanekuks“ annab valgus ja glükoos pannakse kokku pimedusfaasis, kloroplasti stroomas.
Vastus: glükoos tekib süsihappegaasist ja veest valguse energia arvelt.
Näide 2. Kust tuleb hapnik
Küsimus: millisest ainest tekib hapnik, mida taim eraldab?
Analüüs. Paljud arvavad, et hapnik tekib süsihappegaasist, kuid see pole nii. Valgusfaasis lagundab valguse energia vee (H₂O) molekule — just siis eraldubki hapnik (O₂). Süsihappegaas läheb ainult glükoosi ehitamiseks.
Vastus: hapnik eraldub vee lagunemisel valgusfaasis.
Näide 3. Kontrollime võrrandit aatomite arvu järgi
Võrrand: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Kontrollime süsinikku (C): vasakul 6 (6·CO₂-st), paremal 6 (glükoosis C₆…) — klapib.
Kontrollime hapnikku (O): vasakul 6·2 + 6·1 = 18, paremal 6 (glükoosis) + 6·2 = 18 — klapib.
Kontrollime vesinikku (H): vasakul 6·2 = 12, paremal 12 (glükoosis C₆H₁₂O₆) — klapib.
Järeldus: võrrand on tasakaalus, kõik aatomid on omal kohal.
Levinud vead fotosünteesi kohta
-
Arvatakse, et taimed ainult eraldavad hapnikku ega hinga üldse.
Taimed hingavad samamoodi nagu loomad: nad neelavad pidevalt hapnikku ja eraldavad süsihappegaasi (hingamine). Lihtsalt päeval valguse käes on fotosüntees aktiivsem kui hingamine, seetõttu eraldub hapnikku rohkem, kui seda neelatakse.
-
Aetakse segamini valgus- ja pimedusfaas: arvatakse, et glükoos tekib valgusfaasis ja hapnik pimedusfaasis.
Vastupidi. Valgusfaasis eraldub hapnik ja salvestub energia (ATP, NADPH). Glükoos sünteesitakse pimedusfaasis süsihappegaasist selle salvestatud energia abil.
-
Mõistetakse „pimedusfaasi“ kui „faasi, mis toimub öösel, pimedas“.
„Pimedusfaas“ tähendab vaid seda, et see „ei vaja otseselt valgust“. Kuid see kasutab ATP-d ja NADPH-d valgusfaasist, seega ilma valguseta need varud lõpevad ja pimedusfaas peatub samuti peagi. Tegelikkuses toimuvad mõlemad faasid päeval, üks teise järel.
-
Arvatakse, et hapnik tekib süsihappegaasist.
Hapnik eraldub veest (H₂O) selle lagunemisel valgusfaasis. Süsihappegaas (CO₂) läheb glükoosi ehitamiseks, mitte hapnikuks.
Küsimused ja vastused
Mille poolest erineb fotosüntees hingamisest?
Need on vastandprotsessid. Fotosünteesi käigus neelab taim valguse käes süsihappegaasi ja vett, loob glükoosi ja eraldab hapnikku — ehk salvestab energiat. Hingamisel vastupidi, glükoos ja hapnik kulutatakse ning eralduvad süsihappegaas, vesi ja energia. Kõik elusrakud hingavad pidevalt, aga fotosüntees toimub ainult rohelistes rakkudes ja ainult valguse käes.
Kas fotosünteesi pimedusfaas vajab valgust?
Otseselt valgust pimedusfaas ei vaja — reaktsioonid toimuvad kloroplasti stroomas ilma valguse osaluseta. Kuid pimedusfaas kasutab ATP-d ja NADPH-d, mis tekivad valgusfaasis. Seetõttu ilma valguseta saavad need varud kiiresti otsa ja pimedusfaas peatub samuti. Nimi „pimedusfaas“ ei tähenda „öist“, vaid „valgust mitte vajavat“.
Kus täpselt toimub fotosüntees?
Fotosüntees toimub kloroplastides — leherakkude rohelistes plastiidides. Valgusfaas toimub tülakoidide membraanidel (graanides), pimedusfaas aga kloroplasti stroomas. Rohelise värvuse ja valguse püüdmise võime annab kloroplastidele pigment klorofüll.
Mida toodetakse fotosünteesil?
Fotosünteesi peamised saadused on glükoos (orgaaniline aine, taime toit) ja hapnik, mis eraldub õhku. Protsessi käigus tekivad ka vaheühendid — ATP ja NADPH, mis kannavad energiat valgusfaasist pimedusfaasi.
Mis kellaajal toimub fotosüntees?
Fotosüntees toimub päeval, kuni on valgust. Öösel, pimedas, see lakkab, sest valgusfaas ei saa ilma valguseta töötada ja ilma selle saadusteta peatub ka pimedusfaas. Samal ajal jätkub taime hingamine ööpäevaringselt.
