A fotoszintézis a fényenergia kémiai energiává alakításának folyamata, amelyet növények, algák és cianobaktériumok hajtanak végre
Samuel Austin szerkesztett és átméretezett képe, elérhető az Unsplash oldalon
A fotoszintézis szó a fény által történő szintézist jelenti, és a Föld egyik legfontosabb biológiai folyamatára utal. Az oxigén felszabadításával és a szén-dioxid elfogyasztásával a fotoszintézis átalakította a világot a ma ismert lakható közeggé. Ezenkívül a folyamat minden élőlény elsődleges energiaforrása.
Jan Ingenhousz holland fizikus volt az első, aki 1779-ben fedezte fel, hogy a növények oxigént termelnek napfény jelenlétében, és a fotoszintézis felfedezőjének tartják. 1782-ben Jean Senebier hozzátette, hogy a fotoszintézis a napfény mellett szén-dioxidot is felhasznál. 1818-ban Maria Pelletier és Joseph Caventou a "klorofill" kifejezést a zöld pigmentre utalva alkották meg, és olyan fotoreceptor enzimekkel ruházták fel, amelyek lehetővé teszik a fotoszintézist.
Mi a fotoszintézis
A fotoszintézis meghatározható a fényenergia kémiai energiává alakításának folyamataként. Növények, algák és cianobaktériumok hajtják végre, amelyek autotróf és fotoszintetikus organizmusok közé sorolhatók, mivel képesek a fényből saját táplálékukat előállítani.
A fotoszintézis fontossága
A fotoszintetikus organizmusok által termelt oxigén elengedhetetlen az élet fenntartásához a bolygón, ahogyan ismerjük. Ezenkívül a fotoszintézis során előállított termékek alakították az emberiség anyagi történetét, mivel olyan erőforrásokat hoztak létre, mint az olaj, a földgáz, a cellulóz, a szén és a tűzifa. Ezek az erőforrások a napfény energiatartalékokká történő átalakulásának (fotoszintézis) eredményeként léteznek, amelyet más geológiai és technológiai folyamatok követnek.
A fotoszintézis egyenlete
A fotoszintézis egy hosszú és összetett folyamat, amelyet általában a következő egyenlettel lehet összefoglalni:
- 6CO2 + 12H2O + fény → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Ahol fotoszintézis történik
Növényekben és algákban a fotoszintézis a kloroplasztok belsejében történik. A cianobaktériumoknál a citoplazma folyékony részében jelen lévő hártyás lamellák mellett végezzük.
A kloroplaszt egy olyan organella, amelynek külső és belső membránja van. Belseje hártyás lamellákkal rendelkezik, amelyek kis thylacoid nevű zsebekhez kapcsolódnak. A belső teret a sztróma tölti ki, egy viszkózus folyadék, amely DNS-t, riboszómákat és enzimeket tartalmaz, amelyek segítik a fotoszintézis folyamatát. Ezekben a tilakoidokban és fedőlemezekben található a klorofill.
A fotoszintézis lépései
A fotoszintézis két fázisra osztható: a fotokémiai és a kémiai fázisra.
A fotokémiai fázis csak fény jelenlétében fordul elő, és a tilakoidokban és a hártyás lamellákban fordul elő. Fő feladata a fényenergia kémiai energiává alakítása. Két fő folyamatból áll: a víz fotolíziséből és a fotofoszforilezésből.
A kémiai fázis nem függ a fénytől, és a kloroplaszt egy másik részén, a sztrómán megy végbe. Ebben az előző fázis, a fotokémia termékei a légköri CO2-hez csatlakozva glükózt, vizet és keményítőt termelnek az úgynevezett Calvin-Benson ciklusban.
Fotokémiai fázis
A víz fotolízise
A víz fotolízise a fotoszintézis első szakasza, és ez az a pillanat, amikor a kapott fényenergia elősegíti a vízmolekulák lebontását, oxigéngázt, elektronokat és H + -ot generálva. Gáznemű oxigén szabadul fel a légkörbe, míg a szabad hidrogénmolekulák (H +) az NADP + nevű vegyülethez vonzódva NADPH keletkezik, amelyet a kémiai fázisban felhasználnak a glükózmolekulák felépítéséhez.
Ezt a lépést a képletek képviselik:- H2O ⇾ 2H + + 2 elektron + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofoszforilezés
A fotofoszforiláció során fordul elő az ATP képződése, egy szervetlen foszfát (Pi) hozzáadásától az ADP (adenozin-difoszfát) molekuláig, fényenergia felhasználásával. Az ATP molekulák az élőlények által szintetizált kémiai energia fő formája. A fotofoszforilezésnek ez a szakasza párhuzamosan zajlik a víz fotolízisével, és mindegyik olyan terméket állít elő, amelyeket a fotoszintézis következő szakaszában fognak felhasználni.
Ezt a lépést a képlet képviseli: ADP + Pi ⇾ ATP
Kémiai fázis
A fotoszintézis utolsó fázisa, a kémiai fázisban kerül felhasználásra a növény környezetéből vagy sejtlégzéséből származó szén-dioxid, és két, az előző fázisban keletkezett vegyületet használnak: ATP és NADPH. Ebben a szakaszban következik be az úgynevezett Calvin-Benson-ciklus, a reakció szekvenciája, amely glükózt, vizet és keményítőt generál.
Következtetés
A fotoszintézis a fent leírt két fázis, a fotokémiai és a kémiai fázis összekapcsolódásának eredménye. A földi élet minden formája valamilyen módon függ a fotoszintézis által létrehozott termékektől: oxigéntől és glükóztól. Ezenkívül a fotoszintézis elengedhetetlen a légköri összetétel egyensúlyához.
