רוב התלמידים מכירים את תהליך הפוטוסינתזה שמבוצע על ידי צמחים, אצות ומינים מסוימים של חיידקים תהליך בו הם מייצרים את מזונם (ישויות אוטוטרופים). עם זאת, תלמידים כאלה לא ממש מבינים כיצד תגובה מסוג זה מתרחשת וכיצד היא גורמת לתזונת צמחים. יש צורך להבין מבחינה כימית תופעה זו של פוטוסינתזה.
הצמח מסלק מים וכמה מולקולות אנאורגניות (תרכובות שאין בהן פחמן כאלמנט העיקרי של מבנהו, למעט כמה יוצאים מן הכלל) מהאדמה דרך השורש, יחד עם פחמן דו חמצני (פחמן דו חמצני - שיתוף2) הנספגים בצמחים ובנוכחות אור מייצרים אז מולקולות אורגניות (מבנים המכילים פחמן כמרכיב העיקרי). דוגמה למולקולה אורגנית המיוצרת היא גלוקוז (C6ה12או6), אשר באמצעות טרנספורמציות אחרות יהוו עמילן, תאית, חלבונים, חומצות אמינו ומרכיבים אחרים של ירקות:
6CO2 (גרם) + 6H2או(1) + אור שמש → ג6ה12או6 (aq) + 6O2 (גרם)
כאמור, כדי שמתרחש פוטוסינתזה יש צורך באנרגיית השמש להיספג בצמח. זה נעשה על ידי הפיגמנטים שלו, שהם חומרים המאופיינים בפולטת צבע מסוים בחשיפה לאור. הפיגמנט העיקרי של הצמחים הוא כלורופיל, שמבנהו מוצג להלן. מבנהו מורכב, עם יון Mg2+ מתואם בחלל המרכזי, וזה הפיגמנט הזה שאחראי על הצבע הירוק של הצמחים, כי זה סופגים את אורכי הגל של אדום, כתום, כחול וסגול, אך מחזירים הרבה אור ירוק.
כלורופיל ופיגמנטים פוטוסינתטיים אחרים (כגון קרוטנואידים וה phycobilins) סופגים פוטונים, מה שגורם לאלקטרונים של המולקולות שלהם להתרגש, כלומר, הם סופגים אנרגיה וקופצים למסלול הרחוק יותר מגרעין האטום, עם רמת אנרגיה גבוהה יותר. אלקטרונים אלה מועברים לשרשרת הובלת האלקטרונים כדי להשתמש בהם בייצור ATP (אדנוזין טריפוספט) ואז בסינתזה של סוכרים.
מולקולת המים מתפרקת ואז (חמצון) והמימן מספק אלקטרונים לפיגמנטים, במקרה זה לכלורופיל, שאיבד את האלקטרונים הנרגשים שלו. בשבירת מים תהיה גם שחרור של O2. למעשה, מעניין לציין שלמעשה כל החמצן הקיים באטמוספירה מקורו בפוטוסינתזה.
לאחר מכן משתמשים באנרגיה המתקבלת כדי להפוך (להפחית) את מולקולות ה- CO2 בתרכובות מורכבות כמו פחמימות וביומסה.
תגובה פוטוסינתזה גנרית:
נַגָד2 + nH2אור שמש O + →{CH2O}לא + לא2
ראה שהתגובה הזו היא תגובה של חמצון מחדש, מכיוון שהחמצן עבר חמצון, וה- Nox שלו (מספר החמצון - המטען החשמלי של המין הכימי) גדל, כלומר הוא איבד אלקטרונים. מימן, לעומת זאת, הפחית, כלומר הוא צבר אלקטרונים.
מנקודת מבט של תגובה כימית, פוטוסינתזה היא ההפך מנשימה שמבוצעת על ידי יצורים הטרוטרופיים (יצורים, כולל האדם, שאינם מייצרים מזון משלהם, אלא שצריכים לשאוב אנרגיה ממקורות אחרים, כגון הזנת צמחים ו בעלי חיים).
בפוטוסינתזה, מאור, מים ופחמן דו חמצני, מולקולות אורגניות מסונתזות וחמצן משתחרר. במקרה שלנו, אנו צורכים יצורים אחרים וחמצן כדי להשיג אנרגיה לנשימה, בהם נוצרים מים ופחמן דו חמצני.
כמו כן, כאשר הצמח מתפרק, הוא הופך לגלוקוז ועם הזמן הגלוקוז יצור CO שוב.2, בתגובה שאינה התגובה ההפוכה של פוטוסינתזה ופחמן דו חמצני יחזור לאטמוספרה.
אז יש לנו את מחזור הפחמן.
מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm
