Фотосинтезата, процесът, чрез който организмът превръща светлинната енергия и въглеродния диоксид във въглехидрати и кислород, се среща във всички зелени растения, както и при някои гъби и едноклетъчни организми. По-голямата част от етапите на фотосинтеза се случват в пигменти, наречени хлорофил. Фотосинтезата използва енергията от слънцето, както и въглеродния диоксид и водата от околната среда на растението, за да произведе глюкоза.
Фотосинтезата също произвежда кислород като страничен продукт. Почти целият атмосферен кислород е резултат от фотосинтезата, извършена от фитопланктона в океана. Фотосинтезата се състои от два основни етапа: светлинно зависимите реакции на фотосинтезата и светлинно независимите реакции.
Произход на хлоропласта
Хлоропластът е органелата, където се извършва фотосинтеза във всички растения. Смята се, че в ранните етапи на живота хлоропластите са съществували като собствена същност. След това бяха погълнати от по-големи клетки и станаха това, което познаваме като органела. Това се нарича ендосимбиотична теория.
Прочетете повече за структурата и функцията на хлоропласта.
Обобщени стъпки на фотосинтеза
Стъпките на фотосинтезата могат да бъдат обобщени от следното уравнение:
6 CO2 (въглероден диоксид) + 6 H2O (вода) + енергия = C6H12O6 (глюкоза) + 6 O2 (кислород).
Въглеродът от въглеродния диоксид се комбинира с водород и кислород от вода, за да образува глюкоза, като кислород и вода са странични продукти. Процесът включва няколко междинни етапа и изисква извършване на различни клетъчни машини. Това показва и общия ред на фотосинтезата.
Придобиване на суровини
Въглеродният диоксид трябва да се премести от атмосферата в хлоропластите на зелените растения, където се случва фотосинтезата. Въглеродният диоксид и водата попадат в едноклетъчни организми и водни растения чрез проста дифузия. Наземните растения имат специализирани структури, наречени устици, които работят като малки клапани, за да пропускат газове в и извън завода.
Водата се премества от почвата в сухоземните растения чрез корените и се транспортира от съдовите тъкани. Светлината се улавя предимно от листата на растенията, чиято форма е еволюирала, за да улови слънчевата енергия с максимална ефективност в отделната среда на всеки вид.
Светлозависими реакции на фотосинтезата
Следващата по реда на фотосинтезата е светлинно зависимите реакции. По време на светлинно зависимите реакции на фотосинтезата светлинната енергия се превръща в химическа енергия. Светлината засилва разделянето на водните молекули на водород, кислород и свободни електрони.
Свободните електрони се използват за зареждане на молекули енергийни носители като аденозин трифосфат, наричан още ATP, и никотинамид аденин динуклеотид фосфат, наричан още NADP. Има няколко молекулярни пътеки, по които светлинната енергия се превръща в химическа енергия, включително циклично фотофосфорилиране и нециклично фотофосфорилиране.
Прочетете повече за зависимите от светлината реакции.
Лека независима реакция
Следващата по реда на фотосинтезата е независимата от светлината реакция. По време на тези реакции продуктите от леката реакция се използват за образуване на въглехидрати. Въглеродният диоксид от атмосферата се улавя и свързва с водородния компонент на водата молекулите се разделят по време на светлинната реакция и въглехидратът се образува чрез процес, наречен Calvin Цикъл. Тази част от фотосинтезата е известна още като фиксиране на въглерод, важен фактор за поддържане на нивата на въглероден диоксид в атмосферата стабилни.
Транспорт и съхранение на глюкоза
Глюкозата е водоразтворима и се разтваря във вътрешните течности на растението. Глюкозата се премества от листата и се разпространява в останалата част от растението чрез дифузия в прости растения и чрез съдови тъкани в по-сложни растения. След това глюкозата може да се използва веднага или да се съхранява.
Растенията задържат малко кислород в тъканите си за по-късна употреба при метаболизиране на съхранената глюкоза чрез химичен процес, подобен на дишането на животни. Следователно растенията трябва да фотосинтезират повече, отколкото да дишат. Излишният кислород се отделя по същия начин, по който се поема въглеродният диоксид, чрез проста дифузия или през устицата на растението.