Väčšina študentov pozná proces fotosyntézy, ktorý vykonávajú rastliny, riasy a určité druhy baktérií proces, ktorým vyrábajú svoje potraviny (bytosti autotrofy). Takíto študenti však v skutočnosti nechápu, ako k tomuto typu reakcie dochádza a ako vedie k výžive rastlín. Tento jav fotosyntézy je potrebné pochopiť chemicky.
Rastlina odstraňuje vodu a niektoré anorganické molekuly (zlúčeniny, ktoré ako hlavný prvok neobsahujú uhlík) jej štruktúry, až na niektoré výnimky) z pôdy cez koreň a spolu s oxidom uhličitým (oxid uhličitý - CO2) absorbované rastlinami a za prítomnosti svetla sa potom vytvárajú organické molekuly (štruktúry, ktoré ako hlavný prvok obsahujú uhlík). Príkladom vyrobenej organickej molekuly je glukóza (C6H12O6), ktoré pri ďalších transformáciách vytvoria škrob, celulózu, bielkoviny, aminokyseliny a ďalšie zložky zeleniny:
6CO2 písm. G) + 6 H2O(1) + slnečné svetlo → C6H12O6 (aq) + 6O2 písm. G)
Ako už bolo uvedené, pre fotosyntézu je potrebné, aby rastlina absorbovala slnečnú energiu. To sa deje pomocou jej pigmentov, čo sú látky charakterizované tým, že pri vystavení svetlu emitujú určitú farbu. Hlavným pigmentom rastlín je
chlorofyl, ktorého štruktúra je uvedená nižšie. Jeho štruktúra je zložitá a obsahuje ión Mg2+ koordinované v centrálnej dutine, a je to tento pigment, ktorý je zodpovedný za zelenú farbu rastlín, pretože to absorbujú vlnové dĺžky červenej, oranžovej, modrej a fialovej, ale odrážajú väčšinu svetla zelená.
Chlorofyl a ďalšie fotosyntetické pigmenty (ako napr karotenoidy a fykobilíny) absorbujú fotóny, vďaka ktorým sa elektróny ich molekúl vzrušujú, to znamená, že absorbujú energiu a skákajú na obežnú dráhu ďalej od atómového jadra s vyššou úrovňou energie. Tieto elektróny sa prenášajú do transportného reťazca elektrónov, aby sa mohli použiť na výrobu ATP (adenozíntrifosfát) a potom na syntézu cukrov.
Molekula vody sa potom rozkladá (oxidácia) a vodík dodáva elektróny do pigmentov, v tomto prípade do chlorofylu, ktorý stratil svoje excitované elektróny. Pri lámaní vody dôjde tiež k uvoľňovaniu O2. Je zaujímavé poznamenať, že prakticky všetok kyslík prítomný v atmosfére pochádza z fotosyntézy.
Získaná energia sa potom použije na transformáciu (redukciu) molekúl CO2 v komplexných zlúčeninách, ako sú uhľohydráty a biomasa.
Všeobecná fotosyntetická reakcia:
nCO2 + nH2O + slnečné svetlo →{CH2O}č + nO2
Uvidíte, že táto reakcia je reakciou redox, pretože kyslík prešiel oxidáciou a jeho Nox (oxidačné číslo - elektrický náboj chemických látok) sa zvýšil, to znamená, že stratil elektróny. Vodík sa naopak znížil, to znamená, že získal elektróny.
Z hľadiska chemickej reakcie je fotosyntéza opakom dýchania vykonávaného heterotrofnými bytosťami (bytosťami vrátane človeka, ktorí si sami nevyrábajú jedlo, ale ktorí potrebujú čerpať energiu z iných zdrojov, napríklad kŕmením rastlín a zvieratá).
Pri fotosyntéze sa zo svetla, vody a oxidu uhličitého syntetizujú organické molekuly a uvoľňuje sa kyslík. V našom prípade konzumujeme iné bytosti a kyslík, aby sme získali energiu na dýchanie, v ktorej sa tvorí voda a oxid uhličitý.
Tiež, keď sa rastlina rozloží, premení sa na glukózu a časom glukóza opäť vytvorí CO.2, pri reakcii, ktorá nie je inverznou reakciou fotosyntézy a oxid uhličitý sa vráti do atmosféry.
Takže máme uhlíkový cyklus.
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm