A fotoszintézis egy fotokémiai folyamat, amely a napfény által történő energiatermelésből és a légköri szénmegkötésből áll.
Összefoglalható a fényenergia kémiai energiává alakításának folyamataként. A kifejezés fotoszintézis jelentése van szintézis fény által.
A fotoszintézis folyamata
A fotoszintézis egy olyan folyamat, amely a növényi sejt belsejében, a CO-ból származik2 (szén-dioxid) és H2O (víz), mint egy módszer a glükóz előállítására.
A növények, az algák, a cianobaktériumok és egyes baktériumok fotoszintézist hajtanak végre, és klorofill lényeknek nevezik őket, mivel a folyamathoz nélkülözhetetlen pigmentjük van, a klorofill.
A fotoszintézis kloroplasztokban történik, amelyek csak a növényi sejtekben vannak jelen, és ahol a növények zöld színéért felelős klorofill pigment található.
A pigmenteket bármely olyan anyagként definiálhatjuk, amely képes fény elnyelésére. A klorofill a növényekben a legfontosabb pigment a fotonenergia felszívódásához a fotoszintézis során. Más pigmentek is részt vesznek a folyamatban, például karotinoidok és phycobilinok.
Az elnyelt napfénynek két alapvető funkciója van a fotoszintézis folyamatában:
- Növelje az elektronátadást az elektront adományozó és befogadó vegyületek révén.
- Az ATP (adenozin-trifoszfát - energia) szintéziséhez szükséges protongradiens létrehozása.
Olvasson erről is növényi részek.
fotoszintézis-egyenlet
Összefoglalva, a fotoszintézis folyamatát a következő reakcióval tisztázhatjuk:
H2O és CO2 a fotoszintézis elvégzéséhez szükséges anyagok. A klorofill molekulák elnyelik a napfényt és lebontják a H-t2O, O elengedése2 és hidrogén. A hidrogén csatlakozik a CO-hoz2 és glükózt képez.
Ez a folyamat az általános fotoszintézis-egyenletet eredményezi, amely oxidációs-redukciós reakciót képvisel. H2O elektronokat ad át, mint a hidrogén, a CO csökkentésére2 szénhidrátok képzése glükóz formájában (C6H12O6).
A fotoszintetikus folyamat azonban részletesebb és két szakaszban zajlik, amint az alábbiakban láthatjuk.
A fotoszintézis lépései
A fotoszintézis két szakaszra oszlik: a világos és a sötét fázisra.
fényfázis
A tiszta, fotokémiai vagy világító fázis, amint a neve meghatározza, olyan reakciók, amelyek csak fény jelenlétében fordulnak elő, és a kloroplaszt tilakoidjainak lamelláiban játszódnak le.
A napfény abszorpciója és az elektronok transzferje fotoszisztémákon keresztül zajlik, amelyek halmazok fehérjék, pigmentek és elektrontranszporterek, amelyek struktúrát képeznek a kloroplaszt.
Kétféle fotorendszer létezik, amelyek mindegyike körülbelül 300 klorofill molekulával rendelkezik:
- I. fotorendszer: P reakcióközpontot tartalmaz700 és előnyösen elnyeli a 700 nm hullámhosszú fényt.
- Fotórendszer II: P reakcióközpontot tartalmaz680 és elnyeli az előnyösen hullámhosszú fényt 680 nm-en.
A két fotorendszert egy elektrontranszportlánc köti össze, és egymástól függetlenül, de kiegészítik egymást.
Két fontos folyamat zajlik le ebben a fázisban: a víz fotofoszforilezése és fotolízise.
Fotofoszforilezés
A fotofoszforilezés alapvetően P (foszfor) hozzáadása az ADP-hez (adenozin-difoszfát), ami ATP képződését eredményezi.
Abban a pillanatban, amikor a fény fotonját megfogják a fotorendszerek antennamolekulái, energiája átkerül a reakcióközpontokba, ahol klorofill található. Amikor a foton eltalálja a klorofillt, energiává válik, és felszabadítja azokat az elektronokat, amelyek különböző akceptorokon mentek keresztül és képződtek, valamint a H2O, ATP és NADPH.
A fotofoszforilezés kétféle lehet:
- aciklusos fotofoszforilezés: A klorofill által felszabadult elektronok nem visszatérnek, hanem a másik fotorendszerbe. ATP-t és NADPH-t állít elő.
- Ciklikus fotofoszforilezés: Az elektronok visszatérnek ugyanahhoz a klorofillhoz, amely felszabadította őket. Csak az ATP-t alkotja.
a víz fotolízise
A víz fotolízise abból áll, hogy a napmembrán energiája lebontja a vízmolekulát. A folyamat során felszabaduló elektronokat a klorofill által a II. Fotorendszerben elveszített elektronok pótlására és a belélegzett oxigén előállítására használják.
A fotolízis vagy a Hill reakció általános egyenletét a következőképpen írják le:
Így a vízmolekula a végső elektrondonor. A képződött ATP és NADPH a szénhidrátok CO-ból történő szintézisére szolgál2. Ez azonban a következő lépésben, a sötét fázisban fog megtörténni.
sötét fázis
A sötét fázis, a pentóz ciklus vagy a Calvin ciklus fény hiányában és jelenlétében fordulhat elő, és a kloroplaszt stromában fordul elő. Ebben a fázisban a CO glükóz képződik2. Így míg a világos fázis energiát szolgáltat, addig a sötét fázisban a szén megkötődik.
Nézze meg a Calvin-ciklus előfordulásának összefoglalóját:
1. szénmegkötés
- A ciklus minden fordulatakor egy CO molekula2 hozzáadva. Két teljes gliceraldehid-3-foszfát-molekula és egy glükóz-molekula előállításához azonban hat teljes fordulat szükséges.
- Hat ribulóz-difoszfát-molekula (RuDP) öt szénatommal hat CO-molekulához kötődik212 molekula foszfoglicerinsavat (PGA) termel, három szénnel.
2. Szerves vegyületek előállítása
- A 12 foszfoglicerinsav (PGAL) molekula 12 foszfoszlicerinsav-aldehiddé redukálódik.
3. Difoszfát ribulóz regenerálása
- A 12 molekula foszfoglicerinsav-aldehidből 10 egymással kombinálva 6 RuDP-molekulát képez.
- A két megmaradt foszfoglicerinsav-aldehidmolekula a keményítő és más sejtkomponensek szintézisének elindítását szolgálja.
A fotoszintézis végén keletkező glükóz lebomlik, és a felszabaduló energia lehetővé teszi a sejtek anyagcseréjét. A glükóz lebontásának folyamata a sejtlégzés.
A fotoszintézis fontossága
A fotoszintézis az energia átalakulásának alapvető folyamata a bioszférában. Támogatja az élelmiszerlánc alapját, amelyben a zöld növények által biztosított szerves anyagok táplálása heterotróf lények számára táplálékot termel.
Így a fotoszintézisnek három fő tényező alapján van jelentősége:
- Elősegíti a CO befogását2 légköri;
- Végzi az O megújítását2 légköri;
- Ez hajtja az anyag és az energia áramlását az ökoszisztémákban.
Fotoszintézis és kemoszintézis
A fény előállításához szükséges fotoszintézistől eltérően kemoszintézis fény hiányában történik. Szerves anyagok ásványi anyagokból történő előállításából áll.
Alapvetően kétlépcsős folyamatról van szó, amelyet csak autotróf baktériumok végeznek az energia megszerzéséhez. Az első lépésben a szervetlen anyagokat oxidálják, a második lépésben a szén-dioxid redukción megy keresztül, ami szerves vegyületek előállításához vezet.
1. lépés: Szervetlen vegyület + O2 → Oxidált szervetlen vegyületek + kémiai energia
2. szakasz: CO2 + H2O + kémiai energia → szerves vegyületek + O2
Tudjon meg többet, olvassa el még:
- szén-körforgás
- oxigén körforgása
- Botanika: a növények vizsgálata