Fotosynteesi: mikä se on, prosessin yhteenveto ja vaiheet

THE fotosynteesi on fotokemiallinen prosessi, joka koostuu energian tuotannosta auringonvalon kautta ja hiilen kiinnittymisestä ilmakehästä.

Se voidaan tiivistää prosessiksi, jolla valoenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi. Termi fotosynteesi on merkitys synteesi valolla.

Fotosynteesiprosessi

Esitys fotosynteesiprosessista

Fotosynteesi on prosessi, joka tapahtuu kasvisolun sisällä CO: sta₂ (hiilidioksidi) ja H₂O (vesi) keinona tuottaa glukoosia.

Kasvit, levät, syanobakteerit ja jotkut bakteerit suorittavat fotosynteesiä, ja niitä kutsutaan klorofylliolennoiksi, koska niillä on prosessille välttämätön pigmentti, klorofylli.

Fotosynteesi tapahtuu kloroplasteissa, vain kasvien soluissa esiintyvässä organellissa, josta löytyy kasvien vihreästä väristä vastuussa oleva klorofylli-pigmentti.

Pigmentit voidaan määritellä minkä tahansa tyyppisiksi aineiksi, jotka pystyvät absorboimaan valoa. Klorofylli on tärkein kasvien pigmentti fotonienergian absorboimiseksi fotosynteesin aikana. Myös muut pigmentit, kuten karotenoidit ja fikobiliinit, osallistuvat prosessiin.

Imeytyneellä auringonvalolla on kaksi perustoimintoa fotosynteesiprosessissa:

• Tehosta elektronien siirtoa yhdisteiden kautta, jotka luovuttavat ja vastaanottavat elektroneja.
• Luo protonigradientti, joka tarvitaan ATP: n (adenosiinitrifosfaatti - energia) synteesiin.

Lue myös kasvien osat.

fotosynteesiyhtälö

Yhteenvetona voimme selvittää fotosynteesiprosessin seuraavalla reaktiolla:

H₂O ja CO₂ ovat aineita, joita tarvitaan fotosynteesin suorittamiseen. Klorofyllimolekyylit absorboivat auringonvaloa ja hajottavat H: n₂O, vapauttamalla O₂ ja vety. Vety liittyy CO: han₂ ja muodostaa glukoosin.

Tämä prosessi johtaa yleiseen fotosynteesiyhtälöön, joka edustaa hapetus-pelkistysreaktiota. H₂O luovuttaa elektroneja, kuten vetyä, CO: n vähentämiseksi₂ hiilihydraattien muodostamiseksi glukoosin muodossa (C₆H₁₂O₆).

Fotosynteesiprosessi on kuitenkin yksityiskohtaisempi ja tapahtuu kahdessa vaiheessa, kuten näemme alla.

Fotosynteesivaiheet

Fotosynteesi on jaettu kahteen vaiheeseen: vaalea vaihe ja tumma vaihe.

kevyt vaihe

Valokemiallinen, valokemiallinen tai valovoima, kuten nimitys sen määrittelee, ovat reaktioita, jotka tapahtuvat vain valon läsnä ollessa ja tapahtuvat kloroplastin tyloidien lamelleissa.

Auringonvalon imeytyminen ja elektronien siirto tapahtuu valojärjestelmien kautta, jotka ovat joukkoa - proteiinit, pigmentit ja elektronikuljettimet, jotka muodostavat rakenteen kloroplastia.

Valojärjestelmiä on kahta tyyppiä, joista jokaisessa on noin 300 klorofylli-molekyyliä:

• Valojärjestelmä I: Sisältää P-reaktiokeskuksen₇₀₀ ja absorboi ensisijaisesti valoa, jonka aallonpituus on 700 nm.
• Photosystem II: Sisältää P-reaktiokeskuksen₆₈₀ ja absorboi valoa, jonka aallonpituus on edullisesti 680 nm.

Kaksi valojärjestelmää on liitetty elektroninsiirtoketjulla ja ne toimivat itsenäisesti, mutta täydentävät toisiaan.

Tässä vaiheessa tapahtuu kaksi tärkeää prosessia: veden fotofosforylaatio ja fotolyysi.

Valojärjestelmät ovat vastuussa valon absorboinnista ja elektronien siirtymisestä energiantuotannossa

Fotofosforylaatio

Fotofosforylaatio on periaatteessa P: n (fosfori) lisääminen ADP: hen (adenosiinidifosfaatti), mikä johtaa ATP: n muodostumiseen.

Sillä hetkellä, kun valojärjestelmän antennimolekyylit vangitsevat valon fotonin, sen energia siirtyy reaktiokeskuksiin, joissa on klorofylli. Kun fotoni osuu klorofylliin, se saa virtaa ja vapauttaa elektroneja, jotka ovat käyneet läpi eri vastaanottajien ja muodostuneet yhdessä H: n kanssa.₂O, ATP ja NADPH.

Fotofosforylaatio voi olla kahta tyyppiä:

• asyklinen fotofosforylaatio: Klorofyllin vapauttamat elektronit eivät palaa siihen, vaan toiseen valojärjestelmään. Tuottaa ATP: tä ja NADPH: ta.
• Syklinen fotofosforylaatio: Elektronit palaavat samaan klorofylliin, joka vapautti ne. Muodosta vain ATP.

veden fotolyysi

Veden fotolyysi koostuu vesimolekyylin hajoamisesta auringonvalon energian avulla. Prosessissa vapautuneita elektroneja käytetään korvaamaan klorofyllin menettämät elektronit valojärjestelmässä II ja tuottamaan hengitettävää happea.

Fotolyysin tai Hill-reaktion yleinen yhtälö kuvataan seuraavasti:

Siten vesimolekyyli on lopullinen elektronidonori. Muodostuneita ATP: tä ja NADPH: ta käytetään hiilihydraattien synteesiin CO: sta₂. Tämä tapahtuu kuitenkin seuraavassa vaiheessa, pimeässä vaiheessa.

tumma vaihe

Pimeä faasi, pentoosisykli tai Calvin-sykli voi esiintyä ilman valoa ja läsnä ollessa ja tapahtuu kloroplastisen strooman. Tämän vaiheen aikana CO: sta muodostuu glukoosia₂. Siten, vaikka valofaasi tarjoaa energiaa, pimeässä faasissa tapahtuu hiilen kiinnittyminen.

Calvin-sykliohjelma

Tutustu yhteenvetoon siitä, miten Calvin-sykli tapahtuu:

1. Hiilikiinnitys

• CO-molekyyli jokaisessa syklin käännöksessä₂ on lisätty. Kahden glyseraldehydi-3-fosfaattimolekyylin ja yhden glukoosimolekyylin tuottaminen kestää kuitenkin kuusi täydellistä kierrosta.
• Kuusi ribuloosidifosfaattimolekyyliä (RuDP) viidellä hiilellä sitoutuu kuuteen CO-molekyyliin₂, joka tuottaa 12 molekyyliä fosfoglyseriinihappoa (PGA), joissa on kolme hiiltä.

2. Orgaanisten yhdisteiden tuotanto

• 12 fosfoglyseriinihappomolekyyliä (PGAL) pelkistetään 12 fosfoglyseriinialdehydimolekyyliksi.

3. Difosfaattiribuloosan regenerointi

• 12 fosfoglyseriinialdehydimolekyylistä 10 yhdistyy toistensa kanssa muodostaen 6 RuDP-molekyyliä.
• Kaksi jäljellä olevaa fosfoglyseriinialdehydimolekyyliä toimivat tärkkelyksen ja muiden solukomponenttien synteesin aloittamiseksi.

Fotosynteesin lopussa tuotettu glukoosi hajotetaan ja vapautunut energia sallii solujen aineenvaihdunnan. Glukoosin hajottaminen on soluhengitys.

Fotosynteesin merkitys

Fotosynteesi on perusprosessi energian muuntamiseksi biosfäärissä. Se tukee ravintoketjun perustaa, jossa vihreiden kasvien tarjoama orgaanisten aineiden ruokinta tuottaa ruokaa heterotrofisille olennoille.

Siksi fotosynteesillä on tärkeä merkitys kolmen päätekijän perusteella:

• Edistää hiilidioksidin talteenottoa₂ ilmakehän;
• Suorittaa O: n uusimisen₂ ilmakehän;
• Se ohjaa aineen ja energian virtausta ekosysteemeissä.

Fotosynteesi ja kemosynteesi

Toisin kuin fotosynteesi, joka vaatii valoa, kemosynteesi tapahtuu ilman valoa. Se koostuu orgaanisen aineen tuotannosta mineraaliaineista.

Se on periaatteessa kaksivaiheinen prosessi, jonka vain autotrofiset bakteerit suorittavat energian saamiseksi. Ensimmäisessä vaiheessa epäorgaaniset aineet hapetetaan ja toisessa vaiheessa hiilidioksidi pelkistyy, mikä johtaa orgaanisten yhdisteiden tuotantoon.

1. vaihe: epäorgaaninen yhdiste + O₂ → Hapetetut epäorgaaniset yhdisteet + kemiallinen energia
2. vaihe: CO₂ + H₂O + Kemiallinen energia → Orgaaniset yhdisteet + O₂

Lisätietoja, lue myös:

• hiilen kierto
• happisykli
• Kasvitiede: kasvien tutkimus