Fotosyntese: hva det er, prosessoppsummering og trinn

DE fotosyntese er en fotokjemisk prosess som består i produksjon av energi gjennom sollys og karbonfiksering fra atmosfæren.

Det kan oppsummeres som prosessen med å transformere lysenergi til kjemisk energi. Begrepet fotosyntese har som betydning syntese av lys.

Fotosyntese prosess

Representasjon av fotosyntese prosessen

Fotosyntese er en prosess som foregår inne i plantecellen, fra CO₂ (karbondioksid) og H₂O (vann), som en måte å produsere glukose på.

Planter, alger, cyanobakterier og noen bakterier utfører fotosyntese og kalles klorofyllvesener, fordi de har et essensielt pigment for prosessen, klorofyll.

Fotosyntese forekommer i kloroplaster, en organell som bare finnes i planteceller, og hvor pigmentet klorofyll, som er ansvarlig for den grønne fargen på planter, finnes.

Pigmenter kan defineres som alle typer stoffer som er i stand til å absorbere lys. Klorofyll er det viktigste pigmentet i planter for absorpsjon av foton energi under fotosyntese. Andre pigmenter deltar også i prosessen, som karotenoider og phycobilins.

Absorbert sollys har to grunnleggende funksjoner i fotosynteseprosessen:

• Øk elektronoverføring gjennom forbindelser som donerer og aksepterer elektroner.
• Generer en protongradient som er nødvendig for syntesen av ATP (Adenosintrifosfat - energi).

Les også om plantedeler.

fotosyntese ligning

Oppsummert kan vi avklare fotosynteseprosessen gjennom følgende reaksjon:

H₂O og CO₂ er stoffene som trengs for å utføre fotosyntese. Klorofyllmolekyler absorberer sollys og bryter ned H₂O, slipper O₂ og hydrogen. Hydrogen slutter seg til CO₂ og danner glukose.

Denne prosessen resulterer i den generelle fotosyntese-ligningen, som representerer en oksidasjonsreduksjonsreaksjon. H₂O donerer elektroner, som hydrogen, for å redusere CO₂ for å danne karbohydrater i form av glukose (C₆H₁₂O₆).

Imidlertid er den fotosyntetiske prosessen mer detaljert og foregår i to trinn, som vi vil se nedenfor.

Fotosyntese trinn

Fotosyntese er delt inn i to trinn: lysfasen og mørkfasen.

lysfase

Den klare, fotokjemiske eller lysende fasen, som navnet definerer den, er reaksjoner som bare forekommer i nærvær av lys og finner sted i lamellene til kloroplastens tylakoider.

Absorpsjonen av sollys og overføring av elektroner skjer gjennom fotosystemer, som er sett med proteiner, pigmenter og elektrontransportører, som danner en struktur i tylakoidmembranene i kloroplast.

Det er to typer fotosystemer, hver med omtrent 300 klorofyllmolekyler:

• Fotosystem I: Inneholder et P-reaksjonssenter₇₀₀ og absorberer fortrinnsvis lys med en bølgelengde på 700 nm.
• Fotosystem II: Inneholder et P-reaksjonssenter₆₈₀ og absorberer lys fortrinnsvis med bølgelengde ved 680 nm.

De to fotosystemene er koblet sammen av en elektrontransportkjede og fungerer uavhengig men komplementær.

To viktige prosesser finner sted i denne fasen: fotofosforylering og fotolyse av vann.

Fotosystemer er ansvarlige for lysabsorpsjon og elektrontransport for energiproduksjon

Fotofosforylering

Fotofosforylering er i utgangspunktet tilsetningen av et P (fosfor) til ADP (Adenosindifosfat), noe som resulterer i dannelsen av ATP.

I det øyeblikket et lysfoton blir fanget opp av fotosystemenes antennemolekyler, overføres energien til reaksjonssentrene der klorofyll blir funnet. Når foton treffer klorofyllen, blir den energisk og frigjør elektroner som har gått gjennom forskjellige akseptorer og dannet, sammen med H₂O, ATP og NADPH.

Fotofosforylering kan være av to typer:

• acyklisk fotofosforylering: Elektronene som ble frigjort av klorofyll, kommer ikke tilbake til det, men til det andre fotosystemet. Produserer ATP og NADPH.
• Syklisk fotofosforylering: Elektronene går tilbake til den samme klorofyllen som frigjorde dem. Skjema bare ATP.

vannfotolyse

Fotolyse av vann består i nedbryting av vannmolekylet av solenergiens energi. Elektronene som frigjøres i prosessen brukes til å erstatte elektronene som er tapt av klorofyll i fotosystem II og til å produsere oksygen vi puster inn.

Den generelle ligningen av fotolyse eller Hill-reaksjon er beskrevet som følger:

Dermed er vannmolekylet den ultimate elektrondonor. ATP og NADPH dannet vil bli brukt til syntese av karbohydrater fra CO₂. Dette vil imidlertid skje i neste trinn, den mørke fasen.

mørk fase

Den mørke fasen, pentosesyklusen eller Calvin-syklusen kan forekomme i fravær og nærvær av lys og skjer i kloroplaststroma. I løpet av denne fasen vil glukose bli dannet fra CO₂. Således, mens lysfasen gir energi, skjer karbonfiksering i mørk fase.

Calvin syklusordning

Sjekk ut et sammendrag av hvordan Calvin-syklusen oppstår:

1. karbonfiksering

• Ved hver omgang av syklusen, et CO-molekyl₂ er lagt til. Imidlertid tar det seks komplette svinger for å produsere to molekyler glyseraldehyd 3-fosfat og ett molekyl glukose.
• Seks molekyler ribulosedifosfat (RuDP), med fem karbonatomer, binder til seks molekyler CO₂, produserer 12 molekyler fosfoglyserinsyre (PGA), med tre karbonatomer.

2. Produksjon av organiske forbindelser

• De 12 molekylene fosfoglyserinsyre (PGAL) er redusert til 12 molekyler fosfoglyseride.

3. Regenerering av difosfatribulose

• Av de 12 molekylene med fosfoglyseraldehyd kombineres 10 med hverandre for å danne 6 molekyler av RuDP.
• De to gjenværende fosfoglyseriske aldehydmolekylene tjener til å initiere syntesen av stivelse og andre cellulære komponenter.

Glukosen som produseres ved slutten av fotosyntese brytes ned og frigjort energi tillater cellemetabolisme å finne sted. Prosessen med å bryte ned glukose er cellulær respirasjon.

Viktigheten av fotosyntese

Fotosyntese er den grunnleggende prosessen med å transformere energi i biosfæren. Den støtter basen i næringskjeden, der mating av organiske stoffer som tilbys av grønne planter, vil produsere mat for heterotrofiske vesener.

Dermed har fotosyntese sin betydning basert på tre hovedfaktorer:

• Fremmer CO-fangst₂ atmosfærisk;
• Utfører fornyelsen av O₂ atmosfærisk;
• Det driver strømmen av materie og energi i økosystemer.

Fotosyntese og kjemosyntese

I motsetning til fotosyntese som krever lys for å oppstå, kjemosyntese skjer i fravær av lys. Den består i produksjon av organisk materiale fra mineralstoffer.

Det er i utgangspunktet en totrinnsprosess utført bare av autotrofiske bakterier for å skaffe energi. I det første trinnet blir uorganiske stoffer oksidert, og i det andre trinn gjennomgår karbondioksid reduksjon, noe som fører til produksjon av organiske forbindelser.

1. trinn: Uorganisk forbindelse + O₂ → Oksiderte uorganiske forbindelser + kjemisk energi
2. trinn: CO₂ + H₂O + Kjemisk energi → Organiske forbindelser + O₂

Lær mer, les også:

• karbon syklus
• oksygensyklus
• Botanikk: studiet av planter