Fotosyntéza: čo to je, zhrnutie procesu a kroky

THE fotosyntéza je fotochemický proces, ktorý spočíva vo výrobe energie slnečným žiarením a fixácii uhlíka z atmosféry.

Možno ho zhrnúť ako proces premeny svetelnej energie na chemickú. Termín fotosyntéza má ako význam syntéza svetlom.

Proces fotosyntézy

Reprezentácia procesu fotosyntézy

Fotosyntéza je proces, ktorý prebieha vo vnútri rastlinnej bunky, z CO₂ (oxid uhličitý) a H₂O (voda), ako spôsob výroby glukózy.

Rastliny, riasy, sinice a niektoré baktérie uskutočňujú fotosyntézu a nazývajú sa chlorofylové bytosti, pretože majú pre tento proces nevyhnutný pigment, chlorofyl.

Fotosyntéza sa vyskytuje v chloroplastoch, organelách prítomných iba v rastlinných bunkách, a kde sa nachádza pigment chlorofyl zodpovedný za zelené sfarbenie rastlín.

Pigmenty možno definovať ako akýkoľvek typ látky schopný absorbovať svetlo. Chlorofyl je najdôležitejší pigment v rastlinách na absorpciu energie fotónov počas fotosyntézy. Na procese sa tiež podieľajú ďalšie pigmenty, ako sú karotenoidy a fykobilíny.

Absorbované slnečné svetlo má v procese fotosyntézy dve základné funkcie:

• Zvýšte prenos elektrónov prostredníctvom zlúčenín, ktoré darujú a prijímajú elektróny.
• Vytvorte protónový gradient potrebný na syntézu ATP (adenozíntrifosfát - energia).

Prečítajte si tiež o časti rastlín.

rovnica fotosyntézy

V súhrne môžeme objasniť proces fotosyntézy pomocou nasledujúcej reakcie:

H₂O a CO₂ sú látky potrebné na fotosyntézu. Molekuly chlorofylu absorbujú slnečné svetlo a rozkladajú H₂O, uvoľnenie O₂ a vodík. Vodík sa pripája k CO₂ a tvorí glukózu.

Výsledkom tohto procesu je všeobecná rovnica fotosyntézy, ktorá predstavuje oxidačno-redukčnú reakciu. H₂O daruje elektróny, ako je vodík, na zníženie CO₂ za vzniku sacharidov vo forme glukózy (C₆H₁₂O₆).

Fotosyntetický proces je však podrobnejší a prebieha v dvoch fázach, ako uvidíme ďalej.

Kroky fotosyntézy

Fotosyntéza je rozdelená do dvoch etáp: svetlej fázy a tmavej fázy.

svetelná fáza

Číra, fotochemická alebo svetelná fáza, ako ju definuje názov, sú reakcie, ktoré sa vyskytujú iba za prítomnosti svetla a prebiehajú v lamelách tylakoidov chloroplastu.

Absorpcia slnečného žiarenia a prenos elektrónov sa uskutočňuje prostredníctvom fotosystémov, ktoré sú súbormi proteíny, pigmenty a elektrónové transportéry, ktoré tvoria štruktúru v tylakoidných membránach chloroplast.

Existujú dva typy fotosystémov, každý s približne 300 molekulami chlorofylu:

• Fotosystém I: Obsahuje reakčné centrum P.₇₀₀ a prednostne absorbuje svetlo vlnovej dĺžky 700 nm.
• Fotosystém II: Obsahuje reakčné centrum P.₆₈₀ a absorbuje svetlo prednostne s vlnovou dĺžkou pri 680 nm.

Tieto dva fotosystémy sú spojené reťazcom transportu elektrónov a pôsobia nezávisle, ale komplementárne.

V tomto štádiu prebiehajú dva dôležité procesy: fotofosforylácia a fotolýza vody.

Fotosystémy sú zodpovedné za absorpciu svetla a transport elektrónov za účelom výroby energie

Fotofosforylácia

Fotofosforylácia je v podstate pridanie P (fosforu) k ADP (adenozíndifosfátu), čo vedie k tvorbe ATP.

V okamihu, keď sú fotóny svetla zachytené molekulami antény fotosystému, jeho energia sa prenesie do reakčných centier, kde sa nachádza chlorofyl. Keď fotón zasiahne chlorofyl, stane sa z neho energia a uvoľní elektróny, ktoré prešli rôznymi akceptormi a vytvorili sa spolu s H₂O, ATP a NADPH.

Fotofosforylácia môže byť dvoch typov:

• acyklická fotofosforylácia: Elektróny, ktoré uvoľnil chlorofyl, sa nevracajú späť do neho, ale do druhého fotosystému. Produkuje ATP a NADPH.
• Cyklická fotofosforylácia: Elektróny sa vracajú k rovnakému chlorofylu, ktorý ich uvoľnil. Formulár iba ATP.

vodná fotolýza

Fotolýza vody spočíva v rozklade molekuly vody energiou slnečného žiarenia. Elektróny uvoľnené v procese sa používajú na nahradenie elektrónov stratených chlorofylom vo fotosystéme II a na výrobu kyslíka, ktorý dýchame.

Všeobecná rovnica fotolýzy alebo Hillovej reakcie je opísaná nasledovne:

Molekula vody je teda konečným donorom elektrónov. Vytvorené ATP a NADPH sa použijú na syntézu uhľohydrátov z CO₂. To sa však stane v ďalšom kroku, temnej fáze.

temná fáza

Temná fáza, pentózový cyklus alebo Calvinov cyklus sa môžu vyskytovať za neprítomnosti a prítomnosti svetla a vyskytujú sa v stróme chloroplastov. Počas tejto fázy sa z CO vytvorí glukóza₂. Zatiaľ čo teda svetelná fáza poskytuje energiu, v tmavej fáze prebieha fixácia uhlíka.

Schéma Calvinovho cyklu

Pozrite sa na súhrn toho, ako prebieha Calvinov cyklus:

1. Uhlíková fixácia

• Na každom kroku cyklu molekula CO₂ sa pridáva. Na výrobu dvoch molekúl glyceraldehyd-3-fosfátu a jednej molekuly glukózy však trvá šesť úplných otočení.
• Šesť molekúl ribulózy difosfátu (RuDP) s piatimi uhlíkmi sa viaže na šesť molekúl CO₂, produkujúci 12 molekúl kyseliny fosfoglycerovej (PGA) s tromi uhlíkmi.

2. Výroba organických zlúčenín

• 12 molekúl kyseliny fosfoglycerovej (PGAL) sa redukuje na 12 molekúl fosfoglycerínového aldehydu.

3. Regenerácia difosfát ribulózy

• Z 12 molekúl fosfoglycerických aldehydov sa 10 navzájom kombinuje za vzniku 6 molekúl RuDP.
• Dve zvyšné molekuly fosfoglycerického aldehydu slúžia na zahájenie syntézy škrobu a ďalších bunkových zložiek.

Glukóza produkovaná na konci fotosyntézy sa štiepi a uvoľnená energia umožňuje bunkový metabolizmus. Proces štiepenia glukózy je bunkové dýchanie.

Dôležitosť fotosyntézy

Fotosyntéza je základný proces premeny energie v biosfére. Podporuje základňu potravinového reťazca, v ktorom sa pri kŕmení organickými látkami zo zelených rastlín vytvorí potrava pre heterotrofné bytosti.

Fotosyntéza má teda svoj význam na základe troch hlavných faktorov:

• Podporuje zachytávanie CO₂ atmosférický;
• Vykonáva obnovu O₂ atmosférický;
• Poháňa tok hmoty a energie v ekosystémoch.

Fotosyntéza a chemosyntéza

Na rozdiel od fotosyntézy, ktorá vyžaduje svetlo, chemosyntéza deje sa pri nedostatku svetla. Spočíva vo výrobe organických látok z minerálnych látok.

Je to proces uskutočňovaný v zásade v dvoch krokoch iba autotrofnými baktériami na získanie energie. V prvom kroku sa anorganické látky oxidujú a v druhom kroku sa oxid uhličitý podrobuje redukcii, čo vedie k produkcii organických zlúčenín.

1. krok: Anorganická zlúčenina + O₂ → Oxidované anorganické zlúčeniny + chemická energia
2. etapa: CO₂ + H₂O + Chemická energia → Organické zlúčeniny + O₂

Viac informácií, prečítajte si tiež:

• uhlíkový cyklus
• kyslíkový cyklus
• Botanika: štúdium rastlín