TEN fotosynteza to proces fotochemiczny polegający na wytwarzaniu energii poprzez światło słoneczne i wiązanie węgla z atmosfery.
Można to podsumować jako proces przekształcania energii świetlnej w energię chemiczną. Termin fotosynteza ma znaczenie synteza przez światło.
Proces fotosyntezy
Fotosynteza to proces zachodzący wewnątrz komórki roślinnej z CO2 (dwutlenek węgla) i H2O (woda), jako sposób na produkcję glukozy.
Rośliny, glony, cyjanobakterie i niektóre bakterie przeprowadzają fotosyntezę i są nazywane istotami chlorofilowymi, ponieważ mają niezbędny do tego pigment, chlorofil.
Fotosynteza zachodzi w chloroplastach, organelli obecnych tylko w komórkach roślinnych, w których znajduje się chlorofil pigmentowy, odpowiedzialny za zielony kolor roślin.
Pigmenty można zdefiniować jako dowolny rodzaj substancji zdolnej do pochłaniania światła. Chlorofil jest najważniejszym barwnikiem w roślinach, który pochłania energię fotonów podczas fotosyntezy. W procesie uczestniczą również inne pigmenty, takie jak karotenoidy i fikobiliny.
Zaabsorbowane światło słoneczne pełni dwie podstawowe funkcje w procesie fotosyntezy:
- Wzmocnij transfer elektronów przez związki, które oddają i akceptują elektrony.
- Wygeneruj gradient protonowy niezbędny do syntezy ATP (Adenozynotrójfosforanu - energia).
Przeczytaj także o części roślin.
równanie fotosyntezy
Podsumowując, możemy wyjaśnić proces fotosyntezy poprzez następującą reakcję:
H2O i CO2 to substancje potrzebne do przeprowadzenia fotosyntezy. Cząsteczki chlorofilu pochłaniają światło słoneczne i rozkładają H2O, uwalniając O2 i wodór. Wodór łączy się z CO2 i tworzy glukozę.
W wyniku tego procesu powstaje ogólne równanie fotosyntezy, które reprezentuje reakcję utleniania-redukcji. H2O przekazuje elektrony, takie jak wodór, w celu redukcji CO2 do tworzenia węglowodanów w postaci glukozy (C6H12O6).
Proces fotosyntezy jest jednak bardziej szczegółowy i przebiega dwuetapowo, jak zobaczymy poniżej.
Etapy fotosyntezy
Fotosynteza dzieli się na dwa etapy: fazę jasną i fazę ciemną.
faza światła
Faza przezroczysta, fotochemiczna lub świecąca, jak określa to nazwa, to reakcje zachodzące tylko w obecności światła i zachodzące w blaszkach tylakoidów chloroplastu.
Absorpcja światła słonecznego i przenoszenie elektronów odbywa się przez fotosystemy, które są zbiorami białka, pigmenty i transportery elektronów, które tworzą strukturę w błonach tylakoidów chloroplast.
Istnieją dwa rodzaje fotosystemów, każdy z około 300 cząsteczkami chlorofilu:
- Fotosystem I: Zawiera centrum reakcji P700 i preferencyjnie absorbuje światło o długości fali 700 nm.
- Fotosystem II: Zawiera centrum reakcji P680 i absorbuje światło korzystnie o długości fali 680 nm.
Te dwa fotosystemy są połączone łańcuchem transportu elektronów i działają niezależnie, ale komplementarnie.
W tej fazie zachodzą dwa ważne procesy: fotofosforylacja i fotoliza wody.
Fotofosforylacja
Fotofosforylacja to w zasadzie dodanie P (fosforu) do ADP (difosforanu adenozyny), w wyniku czego powstaje ATP.
W momencie, gdy foton światła zostaje przechwycony przez molekuły anteny fotosystemów, jego energia jest przekazywana do centrów reakcji, w których znajduje się chlorofil. Kiedy foton uderza w chlorofil, zostaje pobudzony i uwalnia elektrony, które przeszły przez różne akceptory i uformowały się wraz z H2O, ATP i NADPH.
Fotofosforylacja może być dwojakiego rodzaju:
- fotofosforylacja acykliczna: Elektrony uwolnione przez chlorofil nie wracają do niego, ale do innego fotosystemu. Wytwarza ATP i NADPH.
- Cykliczna fotofosforylacja: Elektrony wracają do tego samego chlorofilu, który je uwolnił. Tworzą tylko ATP.
fotoliza wody
Fotoliza wody polega na rozbiciu cząsteczki wody przez energię światła słonecznego. Uwolnione w tym procesie elektrony są wykorzystywane do zastąpienia elektronów utraconych przez chlorofil w fotosystemie II i do produkcji tlenu, którym oddychamy.
Ogólne równanie fotolizy lub reakcji Hilla jest opisane w następujący sposób:
Tak więc cząsteczka wody jest ostatecznym dawcą elektronów. Powstałe ATP i NADPH zostaną wykorzystane do syntezy węglowodanów z CO2. Stanie się to jednak w kolejnym kroku, fazie ciemności.
ciemna faza
Faza ciemna, cykl pentozowy lub cykl Calvina mogą wystąpić przy braku i obecności światła i mają miejsce w zrębie chloroplastów. Podczas tej fazy z CO. powstanie glukoza2. Tak więc, podczas gdy faza jasna dostarcza energii, w fazie ciemnej zachodzi wiązanie węgla.
Sprawdź podsumowanie tego, jak przebiega cykl Calvina:
1. Mocowanie węglowe
- Na każdym obrocie cyklu cząsteczka CO2 jest dodany. Jednak potrzeba sześciu pełnych obrotów, aby wytworzyć dwie cząsteczki 3-fosforanu aldehydu glicerynowego i jedną cząsteczkę glukozy.
- Sześć cząsteczek difosforanu rybulozy (RuDP) z pięcioma atomami węgla wiąże się z sześcioma cząsteczkami CO2, produkujący 12 cząsteczek kwasu fosfoglicerynowego (PGA) z trzema atomami węgla.
2. Produkcja związków organicznych
- 12 cząsteczek kwasu fosfoglicerynowego (PGAL) jest zredukowanych do 12 cząsteczek aldehydu fosfoglicerynowego.
3. Regeneracja rybulozy difosforanowej
- Spośród 12 cząsteczek aldehydu fosfoglicerynowego 10 łączy się ze sobą, tworząc 6 cząsteczek RuDP.
- Dwie pozostałe cząsteczki aldehydu fosfoglicerynowego służą do inicjowania syntezy skrobi i innych składników komórkowych.
Glukoza produkowana pod koniec fotosyntezy jest rozkładana, a uwolniona energia umożliwia metabolizm komórkowy. Proces rozkładu glukozy to oddychania komórkowego.
Znaczenie fotosyntezy
Fotosynteza to podstawowy proces przekształcania energii w biosferze. Wspiera podstawę łańcucha pokarmowego, w którym karmienie substancjami organicznymi dostarczanymi przez rośliny zielone wytworzy pokarm dla istot heterotroficznych.
Fotosynteza ma więc swoje znaczenie w oparciu o trzy główne czynniki:
- Promuje wychwytywanie CO2 atmosferyczny;
- Wykonuje odnowienie O2 atmosferyczny;
- Kieruje przepływem materii i energii w ekosystemach.
Fotosynteza i Chemosynteza
W przeciwieństwie do fotosyntezy, która wymaga światła, chemosynteza dzieje się przy braku światła. Polega na produkcji materii organicznej z substancji mineralnych.
Jest to w zasadzie proces dwuetapowy wykonywany wyłącznie przez bakterie autotroficzne w celu uzyskania energii. W pierwszym etapie utleniane są substancje nieorganiczne, aw drugim dwutlenek węgla ulega redukcji, co prowadzi do powstania związków organicznych.
Krok 1: Związek Nieorganiczny + O2 → Utlenione związki nieorganiczne + energia chemiczna
II etap: CO2 + H2O + Energia chemiczna → Związki organiczne + O2
Dowiedz się więcej, czytaj też:
- obieg węgla
- cykl tlenowy
- Botanika: nauka o roślinach
