Ο φωτοσύνθεση είναι μια φωτοχημική διαδικασία που συνίσταται στην παραγωγή ενέργειας μέσω του ηλιακού φωτός και της στερέωσης άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Μπορεί να συνοψιστεί ως η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια. Ο όρος φωτοσύνθεση έχει ως νόημα σύνθεση από το φως.
Διαδικασία φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα μέσα στο φυτικό κύτταρο, από το CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) και Η2O (νερό), ως τρόπος παραγωγής γλυκόζης.
Τα φυτά, τα φύκια, τα κυανοβακτήρια και μερικά βακτήρια πραγματοποιούν φωτοσύνθεση και ονομάζονται όντα χλωροφύλλης, επειδή έχουν ένα ουσιαστικό χρωστικό για τη διαδικασία, χλωροφύλλη.
Η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε χλωροπλάστες, ένα οργανικό που υπάρχει μόνο σε φυτικά κύτταρα και όπου βρίσκεται η χρωστική χλωροφύλλη, υπεύθυνη για το πράσινο χρώμα των φυτών.
Οι χρωστικές μπορούν να οριστούν ως οποιοσδήποτε τύπος ουσίας ικανός να απορροφά φως. Η χλωροφύλλη είναι η πιο σημαντική χρωστική ουσία στα φυτά για την απορρόφηση της ενέργειας φωτονίων κατά τη φωτοσύνθεση. Άλλες χρωστικές ουσίες συμμετέχουν επίσης στη διαδικασία, όπως καροτενοειδή και φυκοβιλίνες.
Το απορροφημένο φως του ήλιου έχει δύο βασικές λειτουργίες στη διαδικασία φωτοσύνθεσης:
- Ενισχύστε τη μεταφορά ηλεκτρονίων μέσω ενώσεων που δίνουν και δέχονται ηλεκτρόνια.
- Δημιουργήστε μια βαθμίδα πρωτονίων απαραίτητη για τη σύνθεση του ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη - ενέργεια).
Διαβάστε επίσης μέρη φυτών.
εξίσωση φωτοσύνθεσης
Συνοπτικά, μπορούμε να διευκρινίσουμε τη διαδικασία φωτοσύνθεσης με την ακόλουθη αντίδραση:
Η2O και CO2 είναι οι ουσίες που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση. Τα μόρια χλωροφύλλης απορροφούν το ηλιακό φως και διασπώνται H2O, απελευθερώνοντας O2 και υδρογόνο. Το υδρογόνο ενώνει το CO2 και σχηματίζει γλυκόζη.
Αυτή η διαδικασία οδηγεί στη γενική εξίσωση φωτοσύνθεσης, η οποία αντιπροσωπεύει μια αντίδραση μείωσης οξείδωσης. Η2Το O δωρίζει ηλεκτρόνια, όπως το υδρογόνο, για τη μείωση του CO2 για να σχηματίσουν υδατάνθρακες με τη μορφή γλυκόζης (C6Η12Ο6).
Ωστόσο, η φωτοσυνθετική διαδικασία είναι πιο λεπτομερής και λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια, όπως θα δούμε παρακάτω.
Βήματα φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση χωρίζεται σε δύο στάδια: τη φάση φωτός και τη σκοτεινή φάση.
ελαφριά φάση
Η διαυγής, φωτοχημική ή φωτεινή φάση, όπως το ορίζει το όνομα, είναι αντιδράσεις που εμφανίζονται μόνο παρουσία φωτός και λαμβάνουν χώρα στα φύλλα των θυλακοειδών του χλωροπλάστη.
Η απορρόφηση του ηλιακού φωτός και η μεταφορά ηλεκτρονίων πραγματοποιείται μέσω φωτοσυστημάτων, τα οποία είναι σύνολα πρωτεΐνες, χρωστικές και μεταφορείς ηλεκτρονίων, οι οποίες σχηματίζουν μια δομή στις θυλακοειδείς μεμβράνες του χλωροπλάστης.
Υπάρχουν δύο τύποι φωτοσυστημάτων, το καθένα με περίπου 300 μόρια χλωροφύλλης:
- Φωτοσύστημα Ι: Περιέχει κέντρο αντίδρασης Ρ700 και κατά προτίμηση απορροφά φως μήκους κύματος 700 nm.
- Φωτοσύστημα II: Περιέχει κέντρο αντίδρασης Ρ680 και απορροφά φως κατά προτίμηση μήκους κύματος στα 680 nm.
Τα δύο φωτοσυστήματα συνδέονται με μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και δρουν ανεξάρτητα αλλά συμπληρωματικά.
Δύο σημαντικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα σε αυτήν τη φάση: φωτοφωσφορυλίωση και φωτολύση νερού.
Φωτοφωσφορυλίωση
Η φωτοφωσφορυλίωση είναι βασικά η προσθήκη Ρ (φωσφόρου) στο ADP (διφωσφορική αδενοσίνη), με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ΑΤΡ.
Τη στιγμή που ένα φωτόνιο φωτός συλλαμβάνεται από τα μόρια της κεραίας των φωτοσυστημάτων, η ενέργειά του μεταφέρεται στα κέντρα αντίδρασης, όπου βρίσκεται η χλωροφύλλη. Όταν το φωτόνιο χτυπά τη χλωροφύλλη, ενεργοποιείται και απελευθερώνει ηλεκτρόνια που έχουν περάσει από διαφορετικούς δέκτες και σχηματίζονται, μαζί με το H2O, ATP και NADPH.
Η φωτοφωσφορυλίωση μπορεί να είναι δύο τύπων:
- ακυκλική φωτοφωσφορυλίωση: Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώθηκαν από τη χλωροφύλλη δεν επιστρέφουν σε αυτό, αλλά στο άλλο φωτοσύστημα. Παράγει ATP και NADPH.
- Κυκλική φωτοφωσφορυλίωση: Τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στην ίδια χλωροφύλλη που τα απελευθέρωσε. Μόνο φόρμα ATP.
φωτολύση νερού
Η φωτολύση του νερού συνίσταται στη διάσπαση του μορίου του νερού από την ενέργεια του ηλιακού φωτός. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται στη διαδικασία χρησιμοποιούνται για να αντικαταστήσουν τα ηλεκτρόνια που χάνονται από τη χλωροφύλλη στο φωτοσύστημα II και για να παράγουν το οξυγόνο που αναπνέουμε.
Η γενική εξίσωση της φωτολύσεως ή της αντίδρασης Hill περιγράφεται ως εξής:
Έτσι, το μόριο νερού είναι ο απόλυτος δότης ηλεκτρονίων. Το ATP και το NADPH που σχηματίζονται θα χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση υδατανθράκων από CO2. Ωστόσο, αυτό θα συμβεί στο επόμενο βήμα, τη σκοτεινή φάση.
σκοτεινή φάση
Η σκοτεινή φάση, ο κύκλος πεντόζης ή ο κύκλος Calvin μπορεί να συμβεί απουσία και παρουσία φωτός και συμβαίνει στο στρώμα χλωροπλαστών. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η γλυκόζη θα σχηματιστεί από CO2. Έτσι, ενώ η φάση φωτός παρέχει ενέργεια, η σκοτεινή φάση πραγματοποιείται στερέωση άνθρακα.
Δείτε μια σύνοψη του τρόπου με τον οποίο πραγματοποιείται ο κύκλος του Calvin:
1. στερέωση άνθρακα
- Σε κάθε στροφή του κύκλου, ένα μόριο CO2 προστίθεται. Ωστόσο, χρειάζονται έξι πλήρεις στροφές για να παραχθούν δύο μόρια 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης και ένα μόριο γλυκόζης.
- Έξι μόρια διφωσφορικής ριβουλόζης (RuDP), με πέντε άνθρακες, συνδέονται με έξι μόρια CO2, παράγοντας 12 μόρια φωσφογλυκερικού οξέος (PGA), με τρεις άνθρακες.
2. Παραγωγή οργανικών ενώσεων
- Τα 12 μόρια φωσφογλυκερικού οξέος (PGAL) μειώνονται σε 12 μόρια φωσφογλυκερικής αλδεΰδης.
3. Αναγέννηση της διφωσφορικής ριβουλόζης
- Από τα 12 μόρια φωσφογλυκερικής αλδεΰδης, τα 10 συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν 6 μόρια RuDP.
- Τα δύο εναπομείναντα μόρια φωσφογλυκερικής αλδεΰδης χρησιμεύουν για την έναρξη της σύνθεσης του αμύλου και άλλων κυτταρικών συστατικών.
Η γλυκόζη που παράγεται στο τέλος της φωτοσύνθεσης διασπάται και η ενέργεια που απελευθερώνεται επιτρέπει τον μεταβολισμό των κυττάρων. Η διαδικασία διάσπασης της γλυκόζης είναι η κυτταρική αναπνοή.
Σημασία της φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση είναι η βασική διαδικασία μετατροπής της ενέργειας στη βιόσφαιρα. Υποστηρίζει τη βάση της τροφικής αλυσίδας, στην οποία η τροφοδοσία οργανικών ουσιών που παρέχονται από πράσινα φυτά θα παράγει τροφή για ετεροτροφικά όντα.
Έτσι, η φωτοσύνθεση έχει τη σημασία της με βάση τρεις βασικούς παράγοντες:
- Προωθεί τη σύλληψη CO2 ατμοσφαιρικός;
- Εκτελεί την ανανέωση του O2 ατμοσφαιρικός;
- Οδηγεί τη ροή της ύλης και της ενέργειας στα οικοσυστήματα.
Φωτοσύνθεση και χημειοσύνθεση
Σε αντίθεση με τη φωτοσύνθεση που απαιτεί την εμφάνιση φωτός, χημειοσύνθεση συμβαίνει απουσία φωτός. Συνίσταται στην παραγωγή οργανικής ύλης από ορυκτές ουσίες.
Είναι βασικά μια διαδικασία δύο βημάτων που πραγματοποιείται μόνο από αυτοτροφικά βακτήρια για την απόκτηση ενέργειας. Στο πρώτο στάδιο, οι ανόργανες ουσίες οξειδώνονται και, στο δεύτερο στάδιο, το διοξείδιο του άνθρακα υφίσταται αναγωγή, οδηγώντας στην παραγωγή οργανικών ενώσεων.
1ο βήμα: Ανόργανη Ένωση + Ο2 → Οξειδωμένες ανόργανες ενώσεις + χημική ενέργεια
2ο στάδιο: CO2 + Χ2O + Chemical Energy → Οργανικές ενώσεις + O2
Μάθετε περισσότερα, διαβάστε επίσης:
- κύκλος άνθρακα
- κύκλος οξυγόνου
- Βοτανική: η μελέτη των φυτών
