Fotosintēze ir process, kurā zaļie augi gaismā no ogļskābās gāzes un ūdens rada organiskās vielas (glikozi) un izdala skābekli. Tas notiek hloroplastos un sastāv no diviem posmiem — gaismas un tumsas fāzes. Šajā lapā vienkāršiem vārdiem: kas ir fotosintēze, kur tā notiek, ar ko atšķiras tās fāzes, kā izskatās fotosintēzes vienādojums un kas tajā rodas. Beigās — interaktīvs trenažieris sevis pārbaudei.
Kas ir fotosintēze un kur tā notiek
Fotosintēze (no grieķu photos — gaisma un synthesis — savienošana) ir organisko vielu veidošanās no neorganiskajām vielām gaismas ietekmē. Vienkāršāk sakot, augs "gatavo sev ēdienu" no gaisa un ūdens, izmantojot saules gaismas enerģiju.
Fotosintēze notiek hloroplastos — zaļās plastīdās, kuru ir īpaši daudz lapu šūnās. Hloroplastu iekšpusē atrodas zaļais pigments hlorofils: tieši tas uztver gaismas enerģiju un iedarbina visu procesu. Augi izskatās zaļi tieši hlorofila dēļ.
Fotosintēzei augam ir vajadzīgas trīs lietas:
- gaisma (saules vai mākslīgā);
- ūdens — to saknes uzsūc no augsnes;
- ogļskābā gāze (CO₂) — tā nonāk no gaisa caur lapas atvārsnītēm.
Visa fotosintēze dalās divās secīgās fāzēs — gaismas un tumsas. To nosaukumus bieži jauc, tāpēc izskatīsim katru atsevišķi.
Fotosintēzes process: kas no kā rodas
Shēma palīdz saskatīt galveno: pa kreisi — tas, kas nonāk lapā (gaisma, ūdens un ogļskābā gāze), pa labi — tas, kas rodas (glikoze un skābeklis). Skābekli augs izdala gaisā, bet glikozi izmanto kā barību un uzkrāj cietes veidā.
Fotosintēzes vienādojums
Visu procesu var pierakstīt ar vienu kopējo vienādojumu. Sešas ogļskābās gāzes molekulas un sešas ūdens molekulas gaismas ietekmē un ar hlorofila līdzdalību pārvēršas par vienu glikozes molekulu un sešām skābekļa molekulām.
Fotosintēzes gaismas un tumsas fāzes
Fotosintēze notiek divos posmos. Gaismas fāze norisinās uz hloroplasta iekšējām membrānām un ir iespējama tikai gaismā: gaismas enerģija sašķeļ ūdeni, pie tam izdalās skābeklis un tiek uzkrāta enerģija (ATP un NADP·H molekulās). Tumsas fāze notiek hloroplasta stromā un tieši gaismu neprasa: šeit no ogļskābās gāzes ar uzkrātās enerģijas palīdzību tiek sintezēta glikoze. Svarīgi: "tumsas" nenozīmē "nakts" — šī fāze izmanto gaismas fāzes produktus, tāpēc tumsā bez gaismas tā arī drīz apstāsies. Salīdzināsim abas fāzes tabulā.
| Pazīme | Gaismas fāze | Tumsas fāze |
|---|---|---|
| Kur notiek | uz tilakoīdu membrānām (hloroplasta grānas) | hloroplasta stromā |
| Vai vajadzīga gaisma | jā, notiek tikai gaismā | tieši nē, bet atkarīga no gaismas fāzes produktiem |
| Kas vajadzīgs | gaisma, ūdens (H2O) | ogļskābā gāze (CO2), ATP un NADP·H enerģija |
| Kas rodas | skābeklis (O2), ATP, NADP·H | glikoze (C6H12O6) |
Fotosintēzes nozīme dzīvībai uz Zemes
Fotosintēze ir viens no svarīgākajiem procesiem dabā. Pateicoties tai:
- gaisā tiek uzturēts skābeklis, ar kuru elpo cilvēki, dzīvnieki un paši augi;
- no gaisa tiek izvadīta ogļskābā gāze;
- rodas organiskās vielas — barības pamats visām dzīvajām būtnēm. Augi baro zālēdājus, zālēdāji — plēsējus, tāpēc visa barības ķēde sākas ar fotosintēzi;
- tiek uzkrāta gaismas enerģija organiskajās vielās. Ogles, nafta un kūdra — tā arī ir senās fotosintēzes "iekonservētā" enerģija.
Tāpēc zaļos augus bieži sauc par "planētas plaušām": tie nepārtraukti apgādā biosfēru ar skābekli un barību.
Skaidrojums: kas no kā rodas
Piemērs 1. No kurienes rodas glikoze
Jautājums: no kādām vielām augs ražo glikozi?
Skaidrojums. Glikoze (C₆H₁₂O₆) sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa. Oglekli augs ņem no gaisa ogļskābās gāzes (CO₂), ūdeņradi — no ūdens (H₂O). Enerģiju "salikšanai" dod gaisma, bet glikoze tiek sintezēta tumsas fāzē, hloroplasta stromā.
Atbilde: glikoze rodas no ogļskābās gāzes un ūdens, izmantojot gaismas enerģiju.
Piemērs 2. No kurienes rodas skābeklis
Jautājums: no kādas vielas rodas skābeklis, ko izdala augs?
Skaidrojums. Daudzi domā, ka skābeklis rodas no ogļskābās gāzes, bet tā nav. Gaismas fāzē gaismas enerģija sašķeļ ūdens (H₂O) molekulas — tieši tad izdalās skābeklis (O₂). Ogļskābā gāze tiek izmantota tikai glikozes veidošanai.
Atbilde: skābeklis izdalās, sašķeļoties ūdenim gaismas fāzē.
Piemērs 3. Pārbaudām vienādojumu pēc atomu skaita
Vienādojums: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Pārbaudām oglekli (C): kreisajā pusē 6 (no 6·CO₂), labajā pusē 6 (glikozē C₆…) — sakrīt.
Pārbaudām skābekli (O): kreisajā pusē 6·2 + 6·1 = 18, labajā pusē 6 (glikozē) + 6·2 = 18 — sakrīt.
Pārbaudām ūdeņradi (H): kreisajā pusē 6·2 = 12, labajā pusē 12 (glikozē C₆H₁₂O₆) — sakrīt.
Secinājums: vienādojums ir izlīdzināts, visi atomi ir savās vietās.
Biežākās kļūdas par fotosintēzi
-
Uzskata, ka augi tikai izdala skābekli un nemaz neelpo.
Augi elpo tāpat kā dzīvnieki: tie pastāvīgi patērē skābekli un izdala ogļskābo gāzi (elpošana). Vienkārši dienā gaismā fotosintēze notiek aktīvāk nekā elpošana, tāpēc skābekļa izdalās vairāk, nekā tiek patērēts.
-
Jauc gaismas un tumsas fāzes: domā, ka glikoze rodas gaismas fāzē, bet skābeklis — tumsas fāzē.
Tieši otrādi. Gaismas fāzē izdalās skābeklis un tiek uzkrāta enerģija (ATP, NADP·H). Glikozi sintezē tumsas fāzē no ogļskābās gāzes, izmantojot šo uzkrāto enerģiju.
-
Saprot "tumsas fāzi" kā "fāzi, kas notiek naktī, tumsā".
"Tumsas" nozīmē tikai "neprasa gaismu tieši". Bet tā izmanto ATP un NADP·H no gaismas fāzes, tāpēc bez gaismas šīs rezerves izbeidzas un tumsas fāze arī drīz apstājas. Patiesībā abas fāzes notiek dienā, viena pēc otras.
-
Uzskata, ka skābeklis rodas no ogļskābās gāzes.
Skābeklis izdalās no ūdens (H₂O), tam sašķeļoties gaismas fāzē. Ogļskābā gāze (CO₂) tiek izmantota glikozes veidošanai, nevis skābekļa ražošanai.
Jautājumi un atbildes
Ar ko fotosintēze atšķiras no elpošanas?
Tie ir pretēji procesi. Fotosintēzē augs gaismā patērē ogļskābo gāzi un ūdeni, rada glikozi un izdala skābekli — tātad uzkrāj enerģiju. Elpošanā, gluži pretēji, glikoze un skābeklis tiek patērēti, bet izdalās ogļskābā gāze, ūdens un enerģija. Elpo visas dzīvās šūnas pastāvīgi, bet fotosintēze notiek tikai zaļajās šūnās un tikai gaismā.
Vai fotosintēzes tumsas fāzei vajadzīga gaisma?
Tieši gaisma tumsas fāzei nav vajadzīga — reakcijas notiek hloroplasta stromā bez gaismas līdzdalības. Bet tumsas fāze izmanto ATP un NADP·H, kas rodas gaismas fāzē. Tāpēc bez gaismas šīs rezerves ātri izbeidzas, un tumsas fāze arī apstājas. Nosaukums "tumsas" nenozīmē "nakts", bet gan "tāda, kas neprasa gaismu tieši".
Kur tieši notiek fotosintēze?
Fotosintēze notiek hloroplastos — lapu šūnu zaļajās plastīdās. Gaismas fāze norisinās uz tilakoīdu membrānām (grānās), bet tumsas fāze — hloroplasta stromā. Zaļo krāsu un spēju uztvert gaismu hloroplastiem piešķir pigments hlorofils.
Kas rodas fotosintēzē?
Galvenie fotosintēzes produkti ir glikoze (organiskā viela, auga barība) un skābeklis, kas izdalās gaisā. Procesa gaitā rodas arī starpprodukti — ATP un NADP·H, kas pārnes enerģiju no gaismas fāzes uz tumsas fāzi.
Kurā diennakts laikā notiek fotosintēze?
Fotosintēze notiek dienā, kamēr ir gaisma. Naktī, tumsā, tā apstājas, jo gaismas fāze bez gaismas nevar darboties, bet bez tās produktiem apstājas arī tumsas fāze. Turklāt auga elpošana turpinās visu diennakti.
