Fotosünteesi "aparatuur"
Nagu eespool selgus on fotosünteesiks on laias laastus vaja kolme komponenti: CO2, vett ja valgust. CO2 moodustab 0,03 % atmosfääri koostisest ja on vees hästi lahustuv. Vees osaleb CO2 mitmetes tasakaalulistes reaktsioonides, mis viivad vesinikkarbonaatide ja karbonaatide tekkeni ja mis kokku moodustavad karbonaatse puhversüsteemi, millest oli juttu gaaside osas. CO2 kättesaadavus võib piirata veesisest fotosünteesi vaid harvadel juhtudel väga pehmeveelistes veekogudes, kus tasakaalulise CO2 hulk on vesinikkarbonaatide ja karbonaatide vähesuse tõttu napp. Seega sõltub fotosünteesi tulemus kõige rohkem just valgusest.
|
Sügavuse suunas liikudes nõrgeneb valgusvoog järk-järgult. Seejuures muutub ka valguse spektraalne koostis ja eriti selles piirkonnas, mida suudavad kasutada fotoautotroofid (Joonis 5). Seda piirkonda nimetatakse fotosünteetiliselt aktiivse kiirguse piirkonnaks (PAR). See piirkond langeb kokku nähtava valguse alaga ja moodustab ca 50% summaarsest päikesekiirgusest. Samas ei toimu fotosüntees mitte kogu nähtava valguse alas ühesuguse intensiivsusega. Enamiku taimede kloroplastides on protsess maksimaalse aktiivsusega spektri punases või violetses osas.
|
Joonis 5. Vesi käitub valgusfiltrina ja seda ka PAR piirkonnas.
|
Valguskvandid PAR piirkonnas, mis tabavad kloroplaste, neelatakse antennpigmentide poolt, mis seeläbi ergastuvad. Ergastusenergia kantakse üle fotosüsteem I pigmentidele (P 700 taimedes, P 890 fotosünteesivais baktereis), millest emiteerunud elektronid juhitakse transpordiradadessse (Joonis 6).
Joonis 6. Fotosüsteemide I ja II toimimine.
Seal teevad nad teatud kasuteguriga tööd - redutseerivad NADP+, luues reduktiivjõudu või genereerivad madalamale energianivoole langedes ATP-d (fotofosforüülumine). P 700-lt emiteerunud elektronid asendatakse fotosüsteemi II poolt vee fotolüüsil vabastatutega.
Kui palju fotosünteesil kulub valgusenergiat? Kui seni oli juttu peamiselt valguse lainelistest omadustest, siis edaspidi tuleb rõhku panna valguse korpuskulaarsetele ehk osakeselistele omadustele. Teoreetiliselt on ühe molekuli CO2 redutseerimiseks vaja vähemalt 8 kvanti (nn. kvanttarve, selle pöördarv on kvantsaagis ehk 1 mooli PAR kvantide poolt redutseeritud CO2 moolide arv). Kui fotosüsteemide ergastamiseks kasutada vähima energiasisaldusega punast valgust, tõuseb fotosünteesi energeetiline efektiivsus oma teoreetilise maksimumini, mis on 35%. Looduses seda maksimumi kunagi ei saavutata, kuna:
• valguskvandid on keskmiselt suurema energiaga (lühema lainepikkusega);
• mitte kõik elektronid ei lähe reduktiivjõu loomiseks (NADP+) redutseerimiseks, vaid osa arvel genereeritakse ATP teket;
• osa elektrone neelatakse alternatiivsete aktseptorite, näiteks nitraatide poolt.
Neil põhjustel ulatub suurim täheldatud kvantsaagis vaid 0,08–0,09-ni 0,125 asemel (kvanttarve vastavalt 11-12 kvanti ühe molekuli süsinikdioksiidi kohta). Sellele vastab energeetiline kasutegur 20-25%. Sageli on kvantsaagis ja vastavalt ka energeetiline efektiivsus veelgi väiksemad.
Peatüki lõpetuseks vaata ka videot fotosünteesi olemusest:
Kui palju fotosünteesil kulub valgusenergiat? Kui seni oli juttu peamiselt valguse lainelistest omadustest, siis edaspidi tuleb rõhku panna valguse korpuskulaarsetele ehk osakeselistele omadustele. Teoreetiliselt on ühe molekuli CO2 redutseerimiseks vaja vähemalt 8 kvanti (nn. kvanttarve, selle pöördarv on kvantsaagis ehk 1 mooli PAR kvantide poolt redutseeritud CO2 moolide arv). Kui fotosüsteemide ergastamiseks kasutada vähima energiasisaldusega punast valgust, tõuseb fotosünteesi energeetiline efektiivsus oma teoreetilise maksimumini, mis on 35%. Looduses seda maksimumi kunagi ei saavutata, kuna:
• valguskvandid on keskmiselt suurema energiaga (lühema lainepikkusega);
• mitte kõik elektronid ei lähe reduktiivjõu loomiseks (NADP+) redutseerimiseks, vaid osa arvel genereeritakse ATP teket;
• osa elektrone neelatakse alternatiivsete aktseptorite, näiteks nitraatide poolt.
Neil põhjustel ulatub suurim täheldatud kvantsaagis vaid 0,08–0,09-ni 0,125 asemel (kvanttarve vastavalt 11-12 kvanti ühe molekuli süsinikdioksiidi kohta). Sellele vastab energeetiline kasutegur 20-25%. Sageli on kvantsaagis ja vastavalt ka energeetiline efektiivsus veelgi väiksemad.
Peatüki lõpetuseks vaata ka videot fotosünteesi olemusest:
