Fotosintezė – tai procesas, kurio metu žalieji augalai šviesoje iš anglies dioksido ir vandens sukuria organinę medžiagą (gliukozę) ir išskiria deguonį. Jis vyksta chloroplastuose ir susideda iš dviejų etapų – šviesos ir tamsos fazės. Šiame puslapyje paprastai paaiškinta: kas yra fotosintezė, kur ji vyksta, kuo skiriasi jos fazės, kaip atrodo fotosintezės lygtis ir kas jos metu susidaro. Pabaigoje – interaktyvus treniruoklis žinioms pasitikrinti.
Kas yra fotosintezė ir kur ji vyksta
Fotosintezė (iš graikų k. photos – šviesa ir synthesis – sujungimas) – tai organinių medžiagų susidarymas iš neorganinių šviesoje. Paprasčiau tariant, augalas „gamina sau maistą“ iš oro ir vandens, naudodamas saulės šviesos energiją.
Fotosintezė vyksta chloroplastuose – žaliose plastidėse, kurių ypač gausu lapų ląstelėse. Chloroplastų viduje yra žalias pigmentas chlorofilas: būtent jis sugauna šviesos energiją ir paleidžia visą procesą. Augalai atrodo žali būtent dėl chlorofilo.
Fotosintezei augalui reikia trijų dalykų:
- šviesos (saulės arba dirbtinės);
- vandens – jį šaknys siurbia iš dirvožemio;
- anglies dioksido (CO₂) – jis patenka iš oro per lapų žioteles.
Visa fotosintezė skirstoma į dvi nuoseklias fazes – šviesos ir tamsos. Jų pavadinimai dažnai painiojami, todėl išnagrinėkime kiekvieną atskirai.
Fotosintezės procesas: kas iš ko susidaro
Schema padeda pamatyti esmę: kairėje – tai, kas patenka į lapą (šviesa, vanduo ir anglies dioksidas), dešinėje – tai, kas susidaro (gliukozė ir deguonis). Deguonį augalas išskiria į orą, o gliukozę naudoja kaip maistą ir kaupia krakmolo pavidalu.
Fotosintezės lygtis
Visą procesą galima užrašyti viena bendra lygtimi. Šešios anglies dioksido molekulės ir šešios vandens molekulės veikiant šviesai ir dalyvaujant chlorofilui virsta viena gliukozės molekule ir šešiomis deguonies molekulėmis.
Fotosintezės šviesos ir tamsos fazės
Fotosintezė vyksta dviem etapais. Šviesos fazė vyksta chloroplasto viduje esančiose membranose ir galima tik šviesoje: šviesos energija skaldo vandenį, išsiskiria deguonis ir kaupiama energija (ATP ir NADPH molekulėse). Tamsos fazė vyksta chloroplasto stromoje ir tiesiogiai šviesos nereikalauja: čia iš anglies dioksido, naudojant sukauptą energiją, sintetinama gliukozė. Svarbu: „tamsos“ nereiškia „naktinė“ – ši fazė naudoja šviesos fazės produktus, todėl tamsoje be šviesos ji taip pat netrukus sustos. Palyginkime abi fazes lentelėje.
| Požymis | Šviesos fazė | Tamsos fazė |
|---|---|---|
| Kur vyksta | tilakoidų membranose (chloroplasto granose) | chloroplasto stromoje |
| Ar reikia šviesos | taip, vyksta tik šviesoje | tiesiogiai ne, bet priklauso nuo šviesos fazės produktų |
| Ko reikia | šviesos, vandens (H2O) | anglies dioksido (CO2), ATP ir NADPH energijos |
| Kas susidaro | deguonis (O2), ATP, NADPH | gliukozė (C6H12O6) |
Fotosintezės reikšmė gyvybei Žemėje
Fotosintezė – vienas svarbiausių procesų gamtoje. Jo dėka:
- ore palaikomas deguonis, kuriuo kvėpuoja žmonės, gyvūnai ir patys augalai;
- iš oro pašalinamas anglies dioksidas;
- sukuriama organinė medžiaga – mitybos pagrindas visiems gyviems organizmams. Augalai maitina žolėdžius, žolėdžiai – plėšrūnus, todėl visa mitybos grandinė prasideda nuo fotosintezės;
- sukaupiama šviesos energija organinėse medžiagose. Anglis, nafta ir durpės – tai taip pat „užkonservuota“ senovės fotosintezės energija.
Todėl žaliuosius augalus dažnai vadina „planetos plaučiais“: jie nuolat aprūpina biosferą deguonimi ir maistu.
Analizė: kas iš ko susidaro
1 pavyzdys. Iš kur atsiranda gliukozė
Klausimas: iš kokių medžiagų augalas gamina gliukozę?
Analizė. Gliukozė (C₆H₁₂O₆) susideda iš anglies, vandenilio ir deguonies. Anglį augalas paima iš oro anglies dioksido (CO₂), vandenilį – iš vandens (H₂O). Energiją „surinkimui“ suteikia šviesa, o gliukozė surenkama jau tamsos fazėje, chloroplasto stromoje.
Atsakymas: gliukozė susidaro iš anglies dioksido ir vandens šviesos energijos dėka.
2 pavyzdys. Iš kur atsiranda deguonis
Klausimas: iš kokios medžiagos gaunamas deguonis, kurį išskiria augalas?
Analizė. Daugelis mano, kad deguonis gaunamas iš anglies dioksido, bet tai netiesa. Šviesos fazėje šviesos energija skaldo vandens (H₂O) molekules – būtent tada ir išsiskiria deguonis (O₂). Anglies dioksidas naudojamas tik gliukozei kurti.
Atsakymas: deguonis išsiskiria skaidant vandenį šviesos fazėje.
3 pavyzdys. Tikriname lygtį pagal atomų skaičių
Lygtis: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Patikriname anglį (C): kairėje 6 (iš 6·CO₂), dešinėje 6 (gliukozėje C₆…) – sutampa.
Patikriname deguonį (O): kairėje 6·2 + 6·1 = 18, dešinėje 6 (gliukozėje) + 6·2 = 18 – sutampa.
Patikriname vandenilį (H): kairėje 6·2 = 12, dešinėje 12 (gliukozėje C₆H₁₂O₆) – sutampa.
Išvada: lygtis subalansuota, visi atomai savo vietose.
Dažnos klaidos apie fotosintezę
-
Manoma, kad augalai tik išskiria deguonį ir visai nekvėpuoja.
Augalai kvėpuoja taip pat, kaip gyvūnai: jie nuolat vartoja deguonį ir išskiria anglies dioksidą (kvėpavimas). Tiesiog dieną šviesoje fotosintezė vyksta aktyviau nei kvėpavimas, todėl deguonies išsiskiria daugiau, nei suvartojama.
-
Painiojamos šviesos ir tamsos fazės: manoma, kad gliukozė susidaro šviesos fazėje, o deguonis – tamsos.
Atvirkščiai. Šviesos fazėje išsiskiria deguonis ir kaupiama energija (ATP, NADPH). Gliukozė sintetinama tamsos fazėje iš anglies dioksido naudojant šią sukauptą energiją.
-
„Tamsos fazė“ suprantama kaip „fazė, kuri vyksta naktį, tamsoje“.
„Tamsos“ reiškia tik „nereikalauja šviesos tiesiogiai“. Tačiau ji naudoja ATP ir NADPH iš šviesos fazės, todėl be šviesos šios atsargos baigiasi ir tamsos fazė taip pat netrukus sustoja. Iš tikrųjų abi fazės vyksta dieną, viena po kitos.
-
Manoma, kad deguonis susidaro iš anglies dioksido.
Deguonis išsiskiria iš vandens (H₂O) jį skaidant šviesos fazėje. Anglies dioksidas (CO₂) naudojamas gliukozei kurti, o ne deguoniui.
Klausimai ir atsakymai
Kuo fotosintezė skiriasi nuo kvėpavimo?
Tai priešingi procesai. Fotosintezės metu augalas šviesoje vartoja anglies dioksidą ir vandenį, kuria gliukozę ir išskiria deguonį – t. y. kaupia energiją. Kvėpavimo metu, atvirkščiai, gliukozė ir deguonis sunaudojami, o išsiskiria anglies dioksidas, vanduo ir energija. Visos gyvos ląstelės kvėpuoja nuolat, o fotosintezė vyksta tik žaliose ląstelėse ir tik šviesoje.
Ar reikia šviesos fotosintezės tamsos fazei?
Tiesiogiai šviesos tamsos fazei nereikia – reakcijos vyksta chloroplasto stromoje be šviesos dalyvavimo. Tačiau tamsos fazė naudoja ATP ir NADPH, kurie susidaro šviesos fazėje. Todėl be šviesos šios atsargos greitai baigiasi, ir tamsos fazė taip pat sustoja. Pavadinimas „tamsos“ reiškia ne „naktinė“, o „nereikalaujanti šviesos tiesiogiai“.
Kur tiksliai vyksta fotosintezė?
Fotosintezė vyksta chloroplastuose – lapų ląstelių žaliose plastidėse. Šviesos fazė vyksta tilakoidų membranose (granose), o tamsos – chloroplasto stromoje. Žalią spalvą ir gebėjimą sugauti šviesą chloroplastams suteikia pigmentas chlorofilas.
Kas susidaro fotosintezės metu?
Pagrindiniai fotosintezės produktai – gliukozė (organinė medžiaga, augalo maistas) ir deguonis, kuris išsiskiria į orą. Proceso metu taip pat susidaro tarpinės medžiagos – ATP ir NADPH, kurios perneša energiją iš šviesos fazės į tamsos.
Kuriuo paros metu vyksta fotosintezė?
Fotosintezė vyksta dieną, kol yra šviesos. Naktį, tamsoje, ji nutrūksta, nes šviesos fazė be šviesos veikti negali, o be jos produktų sustoja ir tamsos fazė. Tuo tarpu augalo kvėpavimas vyksta visą parą.
