Fotosintezė

Fotosintezė Turbūt visi girdėjome apie fotosintezę. Dar iš mokyklos laikų žinome, kad jos metu augalai šviesoje sugeria CO2 ir išskiria O2. Stropesni mokiniai dar gal kažką pamena apie chlorofilą ir žino, kad augalai dėka fotosintezės iš neorganinių junginių susintetina organinius (pvz. iš CO2 ir H2O pagamina gliukozę).
Dažniausiai žinios tuom ir baigiasi. Tačiau jei jūs sugalvojote auginti augalus ir taikyti jų auginime įvairias šiuolaikines technologijas,manau būtina šiek tiek įsigilinti-kas yra fotosintezė.
Fotosintezė tai sudėtingas procesas, kurio metu panaudojant šviesos energiją iš CO2 ir H2O sintetinami angliavandeniai ir (įsijungiant azotui,fosforui,sierai ir kt. chem. elementams) kiti organiniai junginiai (org.rūgštys,baltymai,riebalai).
Fotosintezė susideda isš trijų skirtingų reakcijų tipu:

• Fotofizinės
• Fotocheminės
• Fermentacinės

Fotofizinių reakcijų metu chlorofilas ir kiti pigmentai sugeria šviesos kvantus-fotonus,del ko chlorofilo elektronai pereina į aukštesnį energijos lygmenį-"sužadintą" būseną.
Fotocheminių reakcijų metu sužadintų elektronų energija naudojama Fotolizei- vandens skaidymui i vandenilį ir deguonį. Vandenilis jungiasi prie dehidrogenazės (nikotinamidadenino dinukleotido fosfato,NADF),o molekulinis deguonis pašalinamas į atmosferą. Taip pat elektronų energija fotosintetinio fosforilinimo reakcijų metu naudojama ATF (adenozintrifosfororūgšties) resintezei.
Fermentacinių reakcijų metu sukaupta energija panaudojama CO2 surišimui su H ir angliavandenių sintezei.
Dažnai fotosintezės procesą skaido į šviesos ir tamsos fazes.
Šviesos fazėje vyksta visos fotofizinės reakcijos ir fotolizė. Šiu reakcijų metu susidarę junginiai NADF*H2 ir ATF dalyvauja CO2 redukcijos reakcijose-Tamsos fazėje.
Maždaug pusė fotosintezės metu susidariusių ATF naudojama vidiniams lastelės poreikiams-ivairių metabolinių sistemuų aktyvacijai ir reguliacijai. Kita dalis naudojama CO2 asimiliacijai ir gliukozės sintezei. Tai vyksta cikliškai ir nuosekliai: 1)karboksilinimas;
2)redukcija; 3)regeneracija. Žinomi keli asimiliacijos keliai. Labiausiai paplitęs M.Kalvino atrastas variantas.



Daug kur rašoma labai supaprastinta suminė visų šių reakcijų lygtis
6CO2+6H2O+šviesa--->C6H12O6+6O2
Šia formulę galime priimti tik kaip matematinę išraiską.
Tikslesnis variantas būtu
6CO2+12H2O+šviesa--->C6H12O6+6H2O+6O2
Dvi skirtingos fotosintezės fazės išreiškiamos atskiromis formulėmis
Šviesos fazė: 12H2O+šviesa--->12H2+6O2+ATF
Tamsos fazė: 12H2+6CO2+ATF--->C6H12O6+6H2O
Gavom galutinį produktą gliukozę
Dabar panagrinėkime azoto apykaitą
Visų pirma reiketu pamineti,kad azoto apykaitoje dalyvauja amonio jonai NH4+. Nitratai NO3 redukuojami iki amonio NH4+. Reduktorius NADF*H2 vandenilis,iš kur jis gaunamas jau išsiaiškinome.
Pagrindinis azoto transportuotojas glutamino rūgštis.



Iš pateiktos shemos matome,kad amonio jonai panaudojant ATF energiją ir veikiant fermentui GS (glutaminsintetazė) jungiasi su glutamino rūgštimi ir sudaro glutaminą. Veikiant fermentui GOGAT (glutamin-oksaglutarat-aminotrasferazė) glutamino amino grupe jungiasi su ketoglutaratu ir vandeniliu, gautu iš NADF*H. Šio ciklo produktas glutamino rūgštis,iš kurios peraminimo reakcijose gaminasi kitos aminorūgštys ir kai kurie kiti junginiai.
Kaip matome aminorūgšcių sintezei naudojama NADF*H2 ir ATF kuriems susidaryti reikalinga šviesos energija.
Tai yra taip pat fotosintezės sistema!!!
Visą fotosintezės procesą sunku suvokti net blaiviu protu. Tame dar yra daugybė klaustukų ir vis dar yra tyrinejimų objektas.
Kyla klausimas, kam akvariumistui visa tai reikia žinoti?!
Kad i tai atsakyti, vėl reikia pradeti nuo pradžiu.
Šviesą sugeria chlorofilas. Intensyviausiai tai vyksta tik tam tikroje spektro dalyje. Štai čia turi praktinę reikšmę lempų spektras.
Šviesos intensyvumas taip pat turi reiksmės. Didėjant intensyvumui,spartėja fotosintezė. Bet tik tol, kol maždaug vienodu intensyvumu vyksta tamsos fazės reakcijos. Jų greitis priklauso nuo temperatūros,tuo tarpu, kai šviesos fazei temperatura neturi reikšmes. Nustatyt, kad fotosintezė aktyveja tik iki 30 laipsnių.
Praktinis to pritaikymas- didinant apšvietimą patartina kelti temperaturą.
Būtina pamineti, kad visas fotosintezės ir metabolines reakcijas reguliuoja fermentai,kofaktoriai ir kt. Didžiosios daugumos pagrindas baltymai ar medžiagos turinčios amino grupes (į chlorofilo sudetį įeina apie 50% baltymų,taip pat ir magnis). Į daugumos šiu medžiagų sudėtį įeina ir makro mikro elementai(drystu teigti kad visa Mendelejevo lentelė)
Trūks nors vieno elemento ir kažkurioj vietoj reakcijų grandinė nutrūks,kas prives prie augalo degradacijos.
Galima padaryti grubų palyginimą-automobilis sudarytas pagrinde iš metalo,bet nuimkim jam vieną padangą,ir jis nevažiuos.
Taip ir su augalais- nežiūrint į tai, kad sintezėje CO2 atkieka didžiausią vaidmenį kiekybiniu atžvilgiu, pagal svarbą tikrai nėra aukščiau už kitus elementus.
Augalui esant vandenyje su optimalia bazine sudėtimi,CO2 kiekis ir apšvietimas gali būti minimalūs,temperatūrą palaikant žemesnę, vandens parametrus išlaikant tokius, kad jie neblokuotu mikro/makroelementų įsisavinimo-augalas augs. Tempai bus lėtesni,galbūt nepasieks max dydžio,bet bus gražus ir sveikas.
Reikia atskirai paminėti, kad augalas lengviausiai,t.y. nesunaudodamas papildomos energijos įsisavina butent amonį,o ne nitratus. Taip kad, išeina bet koks biofiltras augaliniame akvariume visai ne i nauda.
Taip kad prieš leidžiant CO2 gerai viską pasverkite,pirmiausiai pabandykite sudaryti salygas lengvai įsisavinti tai kas yra. CO2 čia turi reikšme,kadangi jo pagalba galima manipuliuoti kai kuriais parametrais,bet apie tai ir apie galimus skausmingus neigiamus poveikius kitame straipsnyje.
Augalų auginimas ekstensyviomis salygomis praktiškai išbandytas ir veikiantis. Didžiausių pasiekimų šitoj srity pasiekęs Gintaras Klimaitis.
Iš savų praktinių pastebejimų galiu pasakyti,kad jei augalas neauga, CO2 labai retai kada padeda.
Jei augalas stovi vietoje,tai CO2 dažniausiai suaktyvina jo augimą.
Na, o jeigu auga gerai tai ir su CO2 augs,...arba pradės degraduoti dėl pasikeitusios bazinės vandens sudėties pasikeitus vandens parametrams.
Na ir reziumuojant pasakysiu, kad mano nuomone augalo nenoro augti,arba kitaip tariant neefektyvios fotosintezės priežastys gali būti šios:

• šviesos trūkumas,netinkamas spektras
• azoto trūkumas
• mikro/makroelementų trūkumas
• netinkami vandens parametrai
• netinkama temperatūra
• nėra sinergizmo tarp auksciau isvardintų salygų

Stebėkite, analizuokite, eksperimentuokite