Kako se hrani rastlina?
Rastline si hrano izdelajo same v procesu, ki ga imenujemo fotosinteza.
 Seveda si hrane ne morejo izdelati prav vse rastline, temveč le tiste, ki imajo asimilacijska barvila. Imenujemo jih avtotrofni organizmi. Med avtotrofne organizme prištevamo še nekatere skupine bakterij in modrozelene cepljivke.
Avtotrofen pomeni, da je organizem sposoben tvoriti za življenje potrebne organske molekule iz preprostih anorganskih spojin (voda, ogljikov dioksid) s pomočjo svetlobne ali kemične energije.
Kaj je fotosinteza?
Je proces v rastlinskih listih, za katerega sta potrebna voda, ki jo korenine črpajo iz tal, in ogljikov dioksid, ki ga dobijo rastline iz zraka. Pri tem je nujno potrebna tudi sončna svetloba. V listih nastaneta sladkor in kisik, brez katerega ne bi bilo življenja na Zemlji.
Je proces oziroma kemijska reakcija, pri kateri rastline pretvarjajo svetlobno energijo v kemično, ki omogoči pretvorbo ogljikovega dioksida in vode v sladkor. Pri tem se sprošča kisik. Največ kisika proizvedejo drobne enocelične alge v planktonu.
Kje poteka fotosinteza?
Središče fotosinteze je zeleno barvilo klorofil v kloroplastih rastlinskih celic.
Središče fotosintetskih reakcij so kloroplasti. Kloroplast navzven omejujeta dve membrani, v notranjosti pa so sploščene membranske vrečke, imenovane tilakoide. Ležijo v brezbarvni stromi ali matriksu. V tilakoidnih membranah so molekule asimilacijskih barvil razporejene v posebnih skupkih, ki jih imenujemo fotosintetske enote. Fotosintetska enota vsebuje molekule klorofila a in klorofila b. Najpogostejše razmerje med klorofilom a in klorofilom b je 3 : 1. Poleg klorofila pa so v fotosintetski enoti še druga barvila, kot so oranžni karoteni in rumeni ksantofili. Vsaka fotosintetska enota vsebuje dva fotosistema, ki ju imenujemo fotosistem 1 in fotosistem 2. Ločimo ju po glavnem barvilu: v fotosistemu 1 je klorofil a z absorpcijskim vrhom pri 700 nm, v fotosistemu 2 pa je klorofil a z absorpcijskim vrhom pri 680 nm.
Absorpcijski spekter klofofila a (na sliki označeno z črtkano črto) in klorofila b (na sliki označeno s polno črto).
Ali je za potek fotosinteze potrebna energija?
Seveda. Da fotosinteza začne potekati, je potrebna svetlobna energija.
Energijo za potek fotosinteze dajo fotoni sončne svetlobe (foton = najmanjši delec svetlobne energije). Za fotosintezo so pomembni predvsem fotoni rdeče in modre svetlobe. Ko svetloba obseva kloroplast, določen elektron klorofilne molekule prevzame energijo svetlobnega fotona.To energijo lahko prenese na drugo molekulo v fotosistemu in končno h glavnemu barvilu – klorofilu 700 v reakcijskem centru fotosistema 1 oziroma klorofilu 680 v reakcijskem centru fotosistema 2. Sprejemna molekula v tilakoidni membrani, ki je tesno povezana z glavnim barvilom, prevzame od glavnega barvila energetsko vzbujen elektron. Elektron se nato prenaša prek sprejemnih in oddajnih molekul v tilakoidni membrani, čemur pravimo fotoelektronska transportna veriga.
Kaj se zgodi pri fotosintezi s svetlobno energijo?
Svetlobna energija se med fotosintezo pretvarja v kemično energijo, ki se shrani v sladkorju.
Pri fotosintezi ločimo svetlobno in temotno fazo (t.j. poteka v temi). Svetlobne reakcije fotosinteze potekajo v tilakoidni membrani, v kateri so encimi, ki omogočijo transport elektronov. Štirje fotoni omogočijo prenos štirih elektronov (na sliki spodaj označeno z rdečo puščico) iz klorofila 680 preko prenašalcev k fotosistemu 1, ki vsebuje klorofil 700. V klorofilu 700 zapolnijo ti elektroni izpraznjena mesta, ker so se elektroni iz klorofila 700 zaradi sprejete energije fotonov prenesli do NADP (t.j. nikotin adenin dinukleotid fosfat, pomembna redukcijska snov v celični presnovi). Klorofil 680 v fotosistemu 2 pa dobi nove štiri elektrone od dveh vodnih molekul, ki razpadeta, pri čemer nastane kisik.
Transport elektronov povzroči prenos protonov (vodikovih ionov) v notranjost tilakoidnega žepa, v katerem so tudi protoni od vode (na sliki spodaj označeno z modro puščico). Ko se vračajo skozi membrano na drugo stran, pride zaradi encima ATP-aze do nastanka ATP (t.j. adenozin trifosfat, energijsko bogata snov, sodeluje pri shranjevanju in prenašanju energije). Svetlobna energija se je torej pretvorila v kemično.
Zakaj je potreben pri fotosintezi ogljikov dioksid in kdaj vstopi v reakcijo?
Ogljikov dioksid je potreben za nastanek sladkorjev fruktoze in glukoze. Iz glukoze in fruktoze nastane saharoza, ki lahko potuje po rastlini v druge dele, se tam shranjuje ali pa porabi pri dihanju. Shranjuje se lahko kot saharoza, na primer pri sladkorni pesi, ali pa se pretvori v rezervni škrob, na primer pri krompirju.
Za vezavo ogljikovega dioksida ni več potrebna svetloba. Potrebni pa so encimi, ki to vezavo omogočajo. Raztopljeni so v stromi kloroplasta. Ogljikov dioksid se veže na molekulo s petimi C-atomi, ki je povezana z dvema molekulama fosforja. Nastaneta dve molekuli s tremi C-atomi. Iz molekul s tremi C-atomi nastane molekula s šestimi C-atomi – fruktoza. Za njen nastanek se porabljata ATP in NADPH2, ki sta nastala pri svetlobnih reakcijah fotosinteze. Pozneje nastane iz fruktoze glukoza.
Kako vplivajo zunanji dejavniki na fotosintezo?
Količina svetlobe, koncentracija CO2 in temperatura so glavni dejavniki, ki vplivajo na fotosintezo. Na njen potek lahko vplivajo tudi voda in minerali. Fotosinteza narašča z jakostjo svetlobe. Prevelika osvetlitev pa lahko poškoduje asimilacijska barvila.
Tudi temperatura vpliva na hitrost delovanja encimov. Pri polarnih in visokogorskih rastlinah poteka fotosinteza celo pri temperaturi nižji od 0 oC. V tropskih krajih pa so rastline prilagojene na visoke temperature tudi do 55 oC in več. Alge, ki živijo v vročih termalnih vrelcih, asimilirajo še pri 70 oC.
|
