Fotosyntes: vad det är, processammanfattning och steg

DE fotosyntes är en fotokemisk process som består i produktion av energi genom solljus och kolfixering från atmosfären.

Det kan sammanfattas som processen att omvandla ljusenergi till kemisk energi. Termen fotosyntes har som mening syntes av ljus.

Fotosyntesprocess

Representation av fotosyntesprocessen

Fotosyntes är en process som äger rum inne i växtcellen, från CO₂ (koldioxid) och H₂O (vatten), som ett sätt att producera glukos.

Växter, alger, cyanobakterier och vissa bakterier utför fotosyntes och kallas klorofyllväsen eftersom de har ett viktigt pigment för processen, klorofyll.

Fotosyntes förekommer i kloroplaster, en organell som endast finns i växtceller och där pigmentet klorofyll, som är ansvarig för växternas gröna färg, finns.

Pigment kan definieras som alla typer av ämnen som kan absorbera ljus. Klorofyll är det viktigaste pigmentet i växter för absorption av fotonergi under fotosyntes. Andra pigment deltar också i processen, såsom karotenoider och fykobiliner.

Absorberat solljus har två grundläggande funktioner i fotosyntesprocessen:

• Öka elektronöverföringen genom föreningar som donerar och accepterar elektroner.
• Generera en protongradient som är nödvändig för syntesen av ATP (Adenosintrifosfat - energi).

Läs också om växtdelar.

fotosyntesekvation

Sammanfattningsvis kan vi klargöra fotosyntesprocessen genom följande reaktion:

H₂O och CO₂ är de ämnen som behövs för att genomföra fotosyntes. Klorofyllmolekyler absorberar solljus och bryter ner H₂O, släpp O₂ och väte. Väte går med CO₂ och bildar glukos.

Denna process resulterar i den allmänna fotosyntesekvationen, som representerar en oxidationsreduktionsreaktion. H₂O donerar elektroner, som väte, för att minska CO₂ för att bilda kolhydrater i form av glukos (C₆H₁₂O₆).

Den fotosyntetiska processen är dock mer detaljerad och sker i två steg, vilket vi kommer att se nedan.

Steg för fotosyntes

Fotosyntes är uppdelad i två steg: den ljusa fasen och den mörka fasen.

ljusfas

Ljusfasen, fotokemisk eller lysande, som namnet definierar den, är reaktioner som endast inträffar i närvaro av ljus och äger rum i lamellerna hos kloroplastens tylakoider.

Absorptionen av solljus och överföringen av elektroner sker genom fotosystem, som är uppsättningar av proteiner, pigment och elektrontransportörer, som bildar en struktur i tylakoidmembranet i kloroplast.

Det finns två typer av fotosystem, var och en med cirka 300 klorofyllmolekyler:

• Fotosystem I: Innehåller ett P-reaktionscenter₇₀₀ och absorberar företrädesvis ljus med en våglängd på 700 nm.
• Fotosystem II: Innehåller ett P-reaktionscenter₆₈₀ och absorberar ljus företrädesvis med våglängd vid 680 nm.

De två fotosystemen är länkade av en elektrontransportkedja och fungerar oberoende men kompletterande.

Två viktiga processer äger rum i denna fas: fotofosforylering och fotolys av vatten.

Fotosystem är ansvariga för ljusabsorption och elektrontransport för energiproduktion

Fotofosforylering

Fotofosforylering är i grunden tillsatsen av en P (fosfor) till ADP (Adenosindifosfat), vilket resulterar i bildandet av ATP.

I det ögonblick som en ljusfoton fångas upp av fotosystemens antennmolekyler överförs dess energi till reaktionscentrumen, där klorofyll finns. När foton träffar klorofyllen, blir den energi och släpper ut elektroner som har gått igenom olika acceptorer och bildats, tillsammans med H₂O, ATP och NADPH.

Fotofosforylering kan vara av två typer:

• acyklisk fotofosforylering: Elektronerna som släpptes av klorofyll återvänder inte till det utan till det andra fotosystemet. Producerar ATP och NADPH.
• Cyklisk fotofosforylering: Elektronerna återvänder till samma klorofyll som släppte dem. Form endast ATP.

vattenfotolys

Fotolysen av vatten består av nedbrytningen av vattenmolekylen genom solenergins energi. Elektronerna som frigörs under processen används för att ersätta de elektroner som förlorats av klorofyll i fotosystem II och för att producera det syre vi andas in.

Den allmänna ekvationen för fotolys eller Hill-reaktion beskrivs enligt följande:

Således är vattenmolekylen den ultimata elektrondonatorn. ATP och NADPH som bildas kommer att användas för syntes av kolhydrater från CO₂. Detta kommer dock att hända i nästa steg, den mörka fasen.

mörk fas

Den mörka fasen, pentoscykeln eller Calvin-cykeln kan förekomma i frånvaro och närvaro av ljus och händer i kloroplaststroma. Under denna fas kommer glukos att bildas från CO₂. Medan ljusfasen ger energi sker sålunda kolfixering i mörk fas.

Calvin cykelschema

Kolla in en sammanfattning av hur Calvin-cykeln inträffar:

1. Kolfixering

• Vid varje cykelvarv, en CO-molekyl₂ är adderat. Det tar dock sex fullständiga varv för att producera två molekyler glyceraldehyd-3-fosfat och en molekyl glukos.
• Sex molekyler ribulosdifosfat (RuDP), med fem kol, binder till sex molekyler CO₂som producerar 12 molekyler fosfoglycerinsyra (PGA) med tre kol.

2. Produktion av organiska föreningar

• De 12 molekylerna fosfoglycerinsyra (PGAL) reduceras till 12 molekyler fosfoglyceridaldehyd.

3. Regenerering av difosfatribulosa

• Av de 12 molekylerna fosfoglyceridaldehyd kombineras 10 med varandra för att bilda 6 molekyler av RuDP.
• De två återstående fosfoglyceriska aldehydmolekylerna tjänar till att initiera syntesen av stärkelse och andra cellulära komponenter.

Glukosen som produceras i slutet av fotosyntes bryts ner och energin som frigörs gör att cellmetabolism kan äga rum. Processen att bryta ner glukos är cellandningen.

Betydelsen av fotosyntes

Fotosyntes är den grundläggande processen att transformera energi i biosfären. Det stöder basen av livsmedelskedjan, där utfodring av organiska ämnen som tillhandahålls av gröna växter kommer att producera mat för heterotrofa varelser.

Således har fotosyntes sin betydelse baserat på tre huvudfaktorer:

• Främjar CO-fångst₂ atmosfärisk;
• Utför förnyelsen av O₂ atmosfärisk;
• Det driver flöden av materia och energi i ekosystem.

Fotosyntes och kemosyntes

Till skillnad från fotosyntes som kräver ljus för att kemosyntes händer i frånvaro av ljus. Det består i produktion av organiskt material från mineralämnen.

Det är i grunden en tvåstegsprocess som endast utförs av autotrofa bakterier för att få energi. I det första steget oxideras oorganiska ämnen och i det andra steget genomgår koldioxid minskning, vilket leder till produktion av organiska föreningar.

1: a steget: oorganisk förening + O₂ → Oxiderade oorganiska föreningar + kemisk energi
2: a etappen: CO₂ + H₂O + Kemisk energi → Organiska föreningar + O₂

Läs mer, läs även:

• kolets kretslopp
• syrgascykel
• Botanik: studiet av växter