Fotosynteza: co to jest i jak zachodzi

Fotosynteza to proces zamiany energii świetlnej na energię chemiczną przeprowadzany przez rośliny, algi i cyjanobakterie

Fotosynteza

Edytowany i zmieniony rozmiar obrazu Samuela Austina, dostępny na Unsplash

Słowo fotosynteza oznacza syntezę światła i odnosi się do jednego z najważniejszych procesów biologicznych na Ziemi. Uwalniając tlen i zużywając dwutlenek węgla, fotosynteza przekształciła świat w znane nam dziś środowisko nadające się do zamieszkania. Ponadto proces ten jest głównym źródłem energii dla wszystkich żywych istot.

Holenderski fizyk Jan Ingenhousz jako pierwszy odkrył, że rośliny produkują tlen w obecności światła słonecznego w 1779 roku i został uznany za odkrywcę fotosyntezy. W 1782 roku Jean Senebier dodał, że oprócz światła słonecznego fotosynteza wykorzystuje dwutlenek węgla. W 1818 roku Maria Pelletier i Joseph Caventou ukuli termin „chlorofil” w odniesieniu do zielonego pigmentu i zostali wyposażeni w enzymy fotoreceptorowe, które umożliwiają fotosyntezę.

Co to jest fotosynteza

Fotosyntezę można zdefiniować jako proces przekształcania energii świetlnej w energię chemiczną. Jest to przeprowadzane przez rośliny, algi i cyjanobakterie, które są klasyfikowane jako organizmy autotroficzne i fotosyntetyzujące, ponieważ potrafią samodzielnie wytwarzać pożywienie ze światła.

Znaczenie fotosyntezy

Tlen wytwarzany przez organizmy fotosyntetyzujące ma podstawowe znaczenie dla utrzymania życia na planecie, jaką znamy. Ponadto produkty powstałe w wyniku fotosyntezy ukształtowały materialną historię ludzkości, ponieważ dały początek zasobom takim jak ropa naftowa, gaz ziemny, celuloza, węgiel i drewno opałowe. Zasoby te istnieją w wyniku przekształcenia światła słonecznego w rezerwy energii (fotosynteza), a następnie innych procesów geologicznych i technologicznych.

Równanie fotosyntezy

Fotosynteza to długi i złożony proces, który można ogólnie podsumować następującym równaniem:

  • 6CO2 + 12H2O + światło → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Gdzie zachodzi fotosynteza

W roślinach i algach fotosynteza zachodzi wewnątrz chloroplastów. U sinic wykonywany jest przy blaszkach błoniastych obecnych w płynnej części cytoplazmy.

Chloroplast to organellum, które ma zewnętrzną i wewnętrzną membranę. Jego wnętrze ma błoniaste blaszki, połączone z małymi kieszonkami zwanymi tylakoidami. Przestrzeń wewnętrzną wypełnia zrąb, lepki płyn zawierający DNA, rybosomy i enzymy wspomagające proces fotosyntezy. W tych tylakoidach i szkiełkach nakrywkowych znajduje się chlorofil.

Etapy fotosyntezy

Fotosyntezę można podzielić na dwie fazy: fazę fotochemiczną i fazę chemiczną.

Faza fotochemiczna występuje tylko w obecności światła i występuje w tylakoidach i blaszkach błoniastych. Jego główną funkcją jest zamiana energii świetlnej na energię chemiczną. Składa się z dwóch głównych procesów: fotolizy wody i fotofosforylacji.

Faza chemiczna nie zależy od światła i jest prowadzona w innej części chloroplastu, zrębie. W nim produkty z poprzedniej fazy, fotochemii, łączą atmosferyczny CO2 w celu wytworzenia glukozy, wody i skrobi w tzw. Cyklu Calvina-Bensona.

Faza fotochemiczna

Fotoliza wody

Fotoliza wody jest pierwszym etapem fotosyntezy i jest momentem, w którym otrzymana energia świetlna sprzyja rozpadowi cząsteczek wody, generując tlen, elektrony i H +. Gazowy tlen jest uwalniany do atmosfery, podczas gdy wolne cząsteczki wodoru (H +) są przyciągane przez związek zwany NADP +, dając początek NADPH, który zostanie wykorzystany w fazie chemicznej do budowy cząsteczek glukozy.

Ten etap jest reprezentowany przez formuły:
  • H2O ⇾ 2H + + 2 elektrony + ½ O2
  • NADP + + H + ⇾ NADPH

Fotofosforylacja

To właśnie w fotofosforylacji zachodzi tworzenie ATP, poprzez dodanie nieorganicznego fosforanu (Pi) do cząsteczki ADP (difosforan adenozyny), przy użyciu energii świetlnej. Cząsteczki ATP są główną formą energii chemicznej syntetyzowanej przez żywe istoty. Ten etap fotofosforylacji zachodzi równolegle z fotolizą wody i każda z nich generuje produkty, które zostaną wykorzystane w kolejnej fazie fotosyntezy.

Ten krok jest przedstawiony wzorem: ADP + Pi ⇾ ATP

Faza chemiczna

W ostatniej fazie fotosyntezy, to właśnie w fazie chemicznej wykorzystuje się dwutlenek węgla ze środowiska lub oddychanie komórkowe rośliny oraz dwa związki powstałe w poprzedniej fazie: ATP i NADPH. Na tym etapie zachodzi tak zwany cykl Calvina-Bensona, czyli sekwencja reakcji, w wyniku których powstaje glukoza, woda i skrobia.

Wniosek

Fotosynteza jest wynikiem połączenia dwóch opisanych powyżej faz, fotochemicznej i chemicznej. Wszystkie formy życia na Ziemi zależą w pewien sposób od produktów wytwarzanych w procesie fotosyntezy: tlenu i glukozy. Ponadto fotosynteza jest niezbędna dla zachowania równowagi składu atmosfery.