Fotosinteza: kaj je to, povzetek postopka in koraki

THE fotosinteza je fotokemični proces, ki zajema proizvodnjo energije s pomočjo sončne svetlobe in vezavo ogljika iz ozračja.

Lahko ga povzamemo kot proces pretvorbe svetlobne energije v kemično energijo. Izraz fotosinteza ima kot pomen sinteza s svetlobo.

Postopek fotosinteze

Prikaz procesa fotosinteze

Fotosinteza je proces, ki poteka znotraj rastlinske celice od CO₂ (ogljikov dioksid) in H₂O (voda), kot način za proizvodnjo glukoze.

Rastline, alge, cianobakterije in nekatere bakterije izvajajo fotosintezo in jih imenujemo klorofilna bitja, ker imajo za proces bistveni pigment, klorofil.

Fotosinteza se pojavi v kloroplastih, organeli, ki je prisotna samo v rastlinskih celicah, in tam, kjer najdemo pigment klorofil, odgovoren za zeleno barvo rastlin.

Pigmente lahko opredelimo kot katero koli vrsto snovi, ki lahko absorbira svetlobo. Klorofil je najpomembnejši pigment v rastlinah za absorpcijo fotonske energije med fotosintezo. V procesu sodelujejo tudi drugi pigmenti, na primer karotenoidi in fikobilini.

Absorbirana sončna svetloba ima v procesu fotosinteze dve osnovni funkciji:

• Povečajte prenos elektronov s spojinami, ki oddajajo in sprejemajo elektrone.
• Ustvari protonski gradient, potreben za sintezo ATP (adenozin trifosfat - energija).

Preberite tudi o deli rastlin.

enačba fotosinteze

Če povzamemo, lahko postopek fotosinteze pojasnimo z naslednjo reakcijo:

H₂O in CO₂ so snovi, potrebne za izvedbo fotosinteze. Molekule klorofila absorbirajo sončno svetlobo in razgradijo H₂O, sprostitev O₂ in vodik. Vodik se pridruži CO₂ in tvori glukozo.

Rezultat tega postopka je splošna enačba fotosinteze, ki predstavlja oksidacijsko-redukcijsko reakcijo. H₂O donira elektrone, tako kot vodik, za zmanjšanje CO₂ tvoriti ogljikove hidrate v obliki glukoze (C₆H₁₂O₆).

Vendar je fotosintetski postopek podrobnejši in poteka v dveh fazah, kot bomo videli spodaj.

Koraki fotosinteze

Fotosintezo delimo na dve stopnji: svetlobno in temno.

svetlobna faza

Bistra, fotokemična ali svetlobna faza, kot jo opredeljuje že ime, so reakcije, ki se pojavijo le v prisotnosti svetlobe in potekajo v lamelah tilakoidov kloroplasta.

Absorpcija sončne svetlobe in prenos elektronov poteka skozi fotosisteme, ki so nabori beljakovine, pigmenti in prenašalci elektronov, ki tvorijo strukturo v tilakoidnih membranah kloroplast.

Obstajata dve vrsti fotosistemov, vsak s približno 300 molekulami klorofila:

• Photosystem I: Vsebuje P reakcijski center₇₀₀ in prednostno absorbira svetlobo z valovno dolžino 700 nm.
• Photosystem II: Vsebuje P reakcijski center₆₈₀ in po možnosti absorbira svetlobo valovne dolžine pri 680 nm.

Oba fotosistema sta povezana z verigo prenosa elektronov in delujeta neodvisno, vendar se dopolnjujeta.

V tej fazi potekata dva pomembna procesa: fotofosforilacija in fotoliza vode.

Fotosistemi so odgovorni za absorpcijo svetlobe in prenos elektronov za proizvodnjo energije

Fotofosforilacija

Fotofosforilacija je v bistvu dodajanje P (fosforja) ADP (Adenozin difosfat), kar povzroči nastanek ATP.

V trenutku, ko foton svetlobe zajamejo antenske molekule fotosistemov, se njegova energija prenese v reakcijske centre, kjer najdemo klorofil. Ko foton zadene klorofil, se aktivira in sprosti elektrone, ki so šli skozi različne sprejemnike in nastali, skupaj s H₂O, ATP in NADPH.

Fotofosforilacija je lahko dveh vrst:

• aciklična fotofosforilacija: Elektroni, ki jih je sproščal klorofil, se ne vrnejo vanj, temveč v drugi fotosistem. Proizvaja ATP in NADPH.
• Ciklična fotofosforilacija: Elektroni se vrnejo v isti klorofil, ki jih je sprostil. Obrazec samo ATP.

fotoliza vode

Fotoliza vode je sestavljena iz razgradnje molekule vode z energijo sončne svetlobe. Elektroni, sproščeni v procesu, se uporabljajo za nadomestitev elektronov, ki jih klorofil izgubi v fotosistemu II, in za proizvodnjo kisika, ki ga vdihavamo.

Splošna enačba fotolize ali Hillove reakcije je opisana na naslednji način:

Tako je molekula vode zadnji donor elektronov. Nastali ATP in NADPH se uporabita za sintezo ogljikovih hidratov iz CO₂. Vendar se bo to zgodilo v naslednjem koraku, temni fazi.

temna faza

Temna faza, pentozni cikel ali kalvinov cikel se lahko pojavijo v odsotnosti in prisotnosti svetlobe, zgodi pa se v stromi kloroplasta. V tej fazi bo iz CO nastala glukoza₂. Medtem ko svetlobna faza zagotavlja energijo, v temni fazi poteka fiksacija ogljika.

Shema Calvinovega cikla

Oglejte si povzetek, kako se pojavlja Calvinov cikel:

1. Fiksiranje ogljika

• Na vsakem zavoju cikla molekula CO₂ se doda. Vendar pa potrebujemo šest popolnih obratov, da dobimo dve molekuli gliceraldehid 3-fosfata in eno molekulo glukoze.
• Šest molekul ribuloze difosfata (RuDP) s petimi ogljiki se veže na šest molekul CO₂, ki proizvaja 12 molekul fosfoglicerinske kisline (PGA) s tremi ogljiki.

2. Proizvodnja organskih spojin

• 12 molekul fosfoglicerinske kisline (PGAL) se reducira na 12 molekul fosfoglicerinske aldehida.

3. Regeneracija difosfat ribuloze

• Od 12 molekul fosfoglicerinskega aldehida se 10 med seboj kombinira in tvori 6 molekul RuDP.
• Dve preostali fosfoglicerinski molekuli aldehida služita za sprožitev sinteze škroba in drugih celičnih komponent.

Glukoza, ki nastane na koncu fotosinteze, se razgradi in sproščena energija omogoča celični metabolizem. Postopek razgradnje glukoze je celično dihanje.

Pomen fotosinteze

Fotosinteza je osnovni proces preoblikovanja energije v biosferi. Podpira osnovo prehranjevalne verige, v kateri bo hranjenje organskih snovi, ki jih zagotavljajo zelene rastline, dajalo hrano heterotrofnim bitjem.

Fotosinteza ima torej svoj pomen na podlagi treh glavnih dejavnikov:

• Spodbuja zajemanje CO₂ atmosferski;
• Opravlja obnovo O₂ atmosferski;
• Usmerja pretok snovi in ​​energije v ekosisteme.

Fotosinteza in kemosinteza

Za razliko od fotosinteze, ki zahteva svetlobo, kemosinteza se zgodi v odsotnosti svetlobe. Sestoji iz proizvodnje organskih snovi iz mineralnih snovi.

V bistvu gre za dvostopenjski postopek, ki ga za pridobivanje energije izvajajo samo avtotrofne bakterije. V prvem koraku se anorganske snovi oksidirajo, v drugem pa se ogljikov dioksid reducira, kar vodi do tvorbe organskih spojin.

1. korak: anorganska spojina + O₂ → Oksidirane anorganske spojine + kemična energija
2. stopnja: CO₂ + H₂O + Kemična energija → organske spojine + O₂

Izvedite več, preberite tudi:

• ogljikov cikel
• cikel kisika
• Botanika: preučevanje rastlin