Večina študentov pozna postopek fotosinteze, ki ga izvajajo rastline, alge in nekatere vrste bakterij postopek, s katerim proizvajajo hrano (bitja avtotrofi). Vendar takšni učenci v resnici ne razumejo, kako se ta vrsta reakcije pojavi in kako povzroči prehrano rastlin. Ta pojav fotosinteze je treba razumeti kemično.
Rastlina odstrani vodo in nekatere anorganske molekule (spojine, ki nimajo ogljika kot glavnega elementa njegove strukture, z nekaterimi izjemami, iz zemlje skozi korenino in skupaj z ogljikovim dioksidom (ogljikov dioksid - CO2), ki jih absorbirajo rastline in v prisotnosti svetlobe, nato nastajajo organske molekule (strukture, ki vsebujejo ogljik kot glavni element). Primer proizvedene organske molekule je glukoza (C6H12O6), ki bodo z drugimi preoblikovanji tvorili škrob, celulozo, beljakovine, aminokisline in druge sestavine zelenjave:
6CO2 (g) + 6H2O(1) + sončna svetloba → C6H12O6 (aq) + 6O2 (g)
Kot rečeno, je za rast fotosinteze potrebno, da rastlina absorbira sončno energijo. To naredijo njegovi pigmenti, ki so snovi, za katere je značilno, da ob izpostavljenosti svetlobi oddajajo določeno barvo. Glavni rastlinski pigment je
klorofil, katerega struktura je prikazana spodaj. Njegova struktura je zapletena z ionom Mg2+ koordiniran v osrednji votlini in prav ta pigment je odgovoren za zeleno barvo rastlin, ker ta absorbirajo valovne dolžine rdeče, oranžne, modre in vijolične, vendar odbijajo večino svetlobe zelena.
Klorofil in drugi fotosintetski pigmenti (kot npr karotenoidi in fikobilini) absorbirajo fotone, zaradi česar se elektroni v njihovih molekulah vzbudijo, to pomeni, da absorbirajo energijo in skočijo na orbito dlje od atomskega jedra z višjo energijsko stopnjo. Ti elektroni se prenašajo v elektronsko transportno verigo, da se uporabijo pri proizvodnji ATP (adenozin trifosfat) in nato pri sintezi sladkorjev.
Nato se molekula vode razgradi (oksidacija) in vodik dovaja elektrone do pigmentov, v tem primeru do klorofila, ki je izgubil vzbujene elektrone. Ko se voda zlomi, bo prišlo tudi do izpusta2. Pravzaprav je zanimivo omeniti, da praktično ves kisik, ki je prisoten v ozračju, prihaja iz fotosinteze.
Dobljena energija se nato uporabi za pretvorbo (zmanjšanje) molekul CO2 v kompleksnih spojinah, kot so ogljikovi hidrati in biomasa.
Splošna reakcija fotosinteze:
nCO2 + nH2O + sončna svetloba →{CH2O}št + ne2
Glej, da je ta reakcija reakcija redoks, ker je bil kisik podvržen oksidaciji, njegov Nox (oksidacijsko število - električni naboj kemičnih vrst) pa se je povečal, to pomeni, da je izgubil elektrone. Vodik pa se je zmanjšal, torej je dobil elektrone.
Z vidika kemijske reakcije je fotosinteza nasprotna dihanju, ki ga izvajajo heterotrofna bitja (bitja, vključno s človekom, ki ne proizvajajo lastne hrane, ampak morajo energijo črpati iz drugih virov, na primer s krmljenjem rastlin in živali).
Pri fotosintezi se iz svetlobe, vode in ogljikovega dioksida sintetizirajo organske molekule in sprosti kisik. V našem primeru porabimo druga bitja in kisik, da dobimo energijo za dihanje, v kateri nastaneta voda in ogljikov dioksid.
Tudi ko se rastlina razpade, se spremeni v glukozo in sčasoma glukoza spet tvori CO.2, v reakciji, ki ni obratna reakcija fotosinteze in ogljikov dioksid se bo vrnil v ozračje.
Torej imamo ogljikov cikel.
Avtorica Jennifer Fogaça
Diplomiral iz kemije
Vir: Brazilska šola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm