Χημική αντίδραση που εμπλέκεται στη φωτοσύνθεση. Αντίδραση φωτοσύνθεσης

Οι περισσότεροι μαθητές γνωρίζουν τη διαδικασία φωτοσύνθεσης που εκτελείται από φυτά, φύκια και ορισμένα είδη βακτηρίων ως το διαδικασία με την οποία παράγουν τα τρόφιμά τους (όντα αυτοτροφικά). Ωστόσο, αυτοί οι μαθητές δεν καταλαβαίνουν πραγματικά πώς συμβαίνει αυτός ο τύπος αντίδρασης και πώς οδηγεί στη διατροφή των φυτών. Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε χημικά αυτό το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης.

Το φυτό απομακρύνει το νερό και ορισμένα ανόργανα μόρια (ενώσεις που δεν έχουν άνθρακα ως το κύριο στοιχείο της δομής του, με ορισμένες εξαιρέσεις) από το έδαφος μέσω της ρίζας και, μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα - CO₂) απορροφώνται από τα φυτά και με την παρουσία φωτός, παράγονται οργανικά μόρια (δομές που περιέχουν τον άνθρακα ως το κύριο στοιχείο). Ένα παράδειγμα οργανικού μορίου που παράγεται είναι η γλυκόζη (C₆Η₁₂Ο₆), το οποίο, μέσω άλλων μετασχηματισμών, θα σχηματίσει άμυλο, κυτταρίνη, πρωτεΐνες, αμινοξέα και άλλα συστατικά λαχανικών:

6CO_{2 (ζ)} + 6Η₂Ο₍₁₎ + ηλιακό φως → C₆Η₁₂Ο_{6 (υδ)} + 6O_{2 (ζ)}

Όπως αναφέρθηκε, για να συμβεί η φωτοσύνθεση είναι απαραίτητο η ηλιακή ενέργεια να απορροφηθεί από το εργοστάσιο. Αυτό γίνεται από τις χρωστικές του, οι οποίες είναι ουσίες που χαρακτηρίζονται από την εκπομπή ενός συγκεκριμένου χρώματος όταν εκτίθενται στο φως. Η κύρια χρωστική ουσία των φυτών είναι η χλωροφύλλη, του οποίου η δομή φαίνεται παρακάτω. Η δομή του είναι πολύπλοκη, με ιόν Mg²⁺ συντονίζεται στην κεντρική κοιλότητα, και αυτή η χρωστική είναι υπεύθυνη για το πράσινο χρώμα των φυτών, γιατί απορροφούν τα μήκη κύματος του κόκκινου, πορτοκαλί, μπλε και μοβ, αλλά αντανακλούν μεγάλο μέρος του φωτός πράσινος.

Χλωροφύλλη και άλλες φωτοσυνθετικές χρωστικές (όπως καροτενοειδή και το φυκοβιλίνες) απορροφούν φωτόνια, γεγονός που κάνει τα ηλεκτρόνια των μορίων τους να ενθουσιαστούν, δηλαδή απορροφούν ενέργεια και πηδούν σε τροχιά πιο μακριά από τον ατομικό πυρήνα, με υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Αυτά τα ηλεκτρόνια μεταδίδονται στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για χρήση στην παραγωγή ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη) και στη συνέχεια στη σύνθεση σακχάρων.

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)

Το μόριο νερού διασπάται στη συνέχεια (οξείδωση) και το υδρογόνο παρέχει ηλεκτρόνια στις χρωστικές ουσίες, στην περίπτωση αυτή σε χλωροφύλλη, η οποία έχει χάσει τα διεγερμένα ηλεκτρόνια της. Στο σπάσιμο του νερού θα υπάρξει επίσης η απελευθέρωση του Ο₂. Στην πραγματικότητα, είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι σχεδόν όλο το οξυγόνο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα προέρχεται από τη φωτοσύνθεση.

Η ενέργεια που λαμβάνεται στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τον μετασχηματισμό (μείωση) των μορίων CO₂ σε σύνθετες ενώσεις όπως υδατάνθρακες και βιομάζα.

Γενική αντίδραση φωτοσύνθεσης:

nCO₂ + ηΗ₂Ο + ηλιακό φως →{CH₂Ο}_όχι + Όχι₂

Δείτε ότι αυτή η αντίδραση είναι μια αντίδραση του redox, επειδή το οξυγόνο υπέστη οξείδωση και το Νοξ (αριθμός οξείδωσης - ηλεκτρικό φορτίο του χημικού είδους) αυξήθηκε, δηλαδή έχασε ηλεκτρόνια. Το υδρογόνο, από την άλλη πλευρά, μειώθηκε, δηλαδή απέκτησε ηλεκτρόνια.

Από την άποψη της χημικής αντίδρασης, η φωτοσύνθεση είναι το αντίθετο της αναπνοής που πραγματοποιείται από ετεροτροφικά όντα (όντα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, που δεν παράγουν τη δική τους τροφή, αλλά που πρέπει να αντλήσουν ενέργεια από άλλες πηγές, όπως τροφοδοτώντας φυτά και των ζώων).

Στη φωτοσύνθεση, από το φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, συντίθενται οργανικά μόρια και απελευθερώνεται οξυγόνο. Στην περίπτωσή μας, καταναλώνουμε άλλα όντα και οξυγόνο για να πάρουμε ενέργεια για την αναπνοή, στην οποία σχηματίζονται νερό και διοξείδιο του άνθρακα.

Επίσης, όταν το φυτό αποσυντίθεται, μετατρέπεται σε γλυκόζη και, με την πάροδο του χρόνου, η γλυκόζη θα σχηματίσει ξανά CO._2­, σε μια αντίδραση που δεν είναι η αντίστροφη αντίδραση της φωτοσύνθεσης και του διοξειδίου του άνθρακα θα επιστρέψει στην ατμόσφαιρα.

Έχουμε λοιπόν τον κύκλο άνθρακα.

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία