Fotosyntéza: co to je, shrnutí procesu a kroky

THE fotosyntéza je fotochemický proces, který spočívá ve výrobě energie slunečním světlem a fixaci uhlíku z atmosféry.

Lze jej shrnout jako proces přeměny světelné energie na energii chemickou. Termín fotosyntéza má význam syntéza světlem.

Proces fotosyntézy

Reprezentace procesu fotosyntézy

Fotosyntéza je proces, který probíhá uvnitř rostlinné buňky, z CO₂ (oxid uhličitý) a H₂O (voda), jako způsob produkce glukózy.

Rostliny, řasy, sinice a některé bakterie provádějí fotosyntézu a nazývají se chlorofylové bytosti, protože mají pro tento proces základní pigment, chlorofyl.

Fotosyntéza se vyskytuje v chloroplastech, organelách přítomných pouze v rostlinných buňkách, a kde se nachází pigment chlorofyl odpovědný za zelenou barvu rostlin.

Pigmenty lze definovat jako jakýkoli typ látky schopný absorbovat světlo. Chlorofyl je nejdůležitějším pigmentem v rostlinách pro absorpci energie fotonů během fotosyntézy. Na procesu se také podílejí další pigmenty, jako jsou karotenoidy a fykobiliny.

Absorbované sluneční světlo má v procesu fotosyntézy dvě základní funkce:

• Zvyšte přenos elektronů prostřednictvím sloučenin, které darují a přijímají elektrony.
• Vytvořte protonový gradient nezbytný pro syntézu ATP (adenosintrifosfát - energie).

Přečtěte si také o části rostlin.

fotosyntetická rovnice

Souhrnně můžeme objasnit proces fotosyntézy pomocí následující reakce:

H₂O a CO₂ jsou látky potřebné k provedení fotosyntézy. Molekuly chlorofylu absorbují sluneční světlo a rozkládají H₂O, uvolnění O₂ a vodík. Vodík se připojuje k CO₂ a tvoří glukózu.

Výsledkem tohoto procesu je obecná rovnice fotosyntézy, která představuje oxidačně-redukční reakci. H₂O daruje elektrony, jako je vodík, ke snížení CO₂ za vzniku sacharidů ve formě glukózy (C₆H₁₂Ó₆).

Fotosyntetický proces je však podrobnější a probíhá ve dvou fázích, jak uvidíme níže.

Kroky fotosyntézy

Fotosyntéza je rozdělena do dvou fází: fáze světla a fáze temna.

světelná fáze

Čirá, fotochemická nebo světelná fáze, jak ji název definuje, jsou reakce, ke kterým dochází pouze za přítomnosti světla a probíhají v lamelách tylakoidů chloroplastu.

Absorpce slunečního světla a přenos elektronů probíhá prostřednictvím fotosystémů, což jsou soubory proteiny, pigmenty a transportéry elektronů, které tvoří strukturu v tylakoidních membránách chloroplast.

Existují dva typy fotosystémů, každý s přibližně 300 molekulami chlorofylu:

• Photosystem I: Obsahuje P reakční centrum₇₀₀ a přednostně absorbuje světlo o vlnové délce 700 nm.
• Photosystem II: Obsahuje P reakční centrum₆₈₀ a absorbuje světlo výhodně o vlnové délce při 680 nm.

Tyto dva fotosystémy jsou spojeny elektronovým transportním řetězcem a fungují nezávisle, ale komplementárně.

V této fázi probíhají dva důležité procesy: fotofosforylace a fotolýza vody.

Fotosystémy jsou odpovědné za absorpci světla a transport elektronů za účelem výroby energie

Fotofosforylace

Fotofosforylace je v zásadě přidání P (fosforu) k ADP (adenosindifosfát), což vede k tvorbě ATP.

V okamžiku, kdy je foton světla zachycen molekulami antény fotosystému, je jeho energie přenesena do reakčních center, kde se nachází chlorofyl. Když foton narazí na chlorofyl, stane se energizovaným a uvolní elektrony, které prošly různými akceptory a vytvořily se spolu s H₂O, ATP a NADPH.

Fotofosforylace může být dvou typů:

• acyklická fotofosforylace: Elektrony, které byly uvolněny chlorofylem, se nevracejí k němu, ale k druhému fotosystému. Produkuje ATP a NADPH.
• Cyklická fotofosforylace: Elektrony se vracejí ke stejnému chlorofylu, který je uvolnil. Formulář pouze ATP.

vodní fotolýza

Fotolýza vody spočívá v rozpadu molekuly vody energií slunečního záření. Elektrony uvolněné v tomto procesu se používají k nahrazení elektronů ztracených chlorofylem ve fotosystému II a k produkci kyslíku, který dýcháme.

Obecná rovnice fotolýzy nebo Hill reakce je popsána následovně:

Molekula vody je tedy konečným dárcem elektronů. Vytvořené ATP a NADPH budou použity pro syntézu uhlohydrátů z CO₂. To se však stane v dalším kroku, temné fázi.

temná fáze

Temná fáze, pentózový cyklus nebo Calvinův cyklus mohou nastat v nepřítomnosti a přítomnosti světla a probíhají ve stromatu chloroplastů. Během této fáze se z CO vytvoří glukóza₂. Zatímco tedy světelná fáze poskytuje energii, v temné fázi dochází k fixaci uhlíku.

Schéma Calvinova cyklu

Podívejte se na souhrn toho, jak probíhá Calvinův cyklus:

1. Uhlíková fixace

• Na každém otočení cyklu molekula CO₂ je přidáno. Produkovat dvě molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu a jednu molekulu glukózy však trvá šest úplných otáček.
• Šest molekul difosforečnanu ribulózy (RuDP) s pěti uhlíky se váže na šest molekul CO₂, produkující 12 molekul kyseliny fosfoglycerové (PGA) se třemi uhlíky.

2. Výroba organických sloučenin

• 12 molekul kyseliny fosfoglycerové (PGAL) se redukuje na 12 molekul fosfoglycerického aldehydu.

3. Regenerace difosfát ribulózy

• Z 12 molekul fosfoglycerického aldehydu se 10 navzájem kombinuje za vzniku 6 molekul RuDP.
• Dvě zbývající molekuly fosfoglycerického aldehydu slouží k zahájení syntézy škrobu a dalších buněčných složek.

Glukóza produkovaná na konci fotosyntézy se rozkládá a uvolněná energie umožňuje metabolismus buněk. Proces štěpení glukózy je buněčné dýchání.

Důležitost fotosyntézy

Fotosyntéza je základní proces přeměny energie v biosféře. Podporuje základ potravinového řetězce, ve kterém bude krmení organických látek poskytované zelenými rostlinami produkovat potravu pro heterotrofní bytosti.

Fotosyntéza má tedy svůj význam na základě tří hlavních faktorů:

• Podporuje zachycování CO₂ atmosférický;
• Provádí obnovu O₂ atmosférický;
• Řídí tok hmoty a energie v ekosystémech.

Fotosyntéza a chemosyntéza

Na rozdíl od fotosyntézy, která vyžaduje světlo, chemosyntéza se děje při nedostatku světla. Spočívá ve výrobě organické hmoty z minerálních látek.

Jedná se o proces prováděný v zásadě ve dvou krocích pouze autotrofními bakteriemi za účelem získání energie. V prvním kroku se anorganické látky oxidují a ve druhém kroku dochází k redukci oxidu uhličitého, což vede k produkci organických sloučenin.

1. krok: Anorganická sloučenina + O₂ → Oxidované anorganické sloučeniny + chemická energie
2. etapa: CO₂ + H₂O + chemická energie → organické sloučeniny + O₂

Zjistěte více, přečtěte si také:

• uhlíkový cyklus
• kyslíkový cyklus
• Botanika: studium rostlin