Фотосинтезата е процес, чрез който растенията и някои бактерии и протести синтезират захарни молекули от въглероден диоксид, вода и слънчева светлина. Фотосинтезата може да бъде разделена на два етапа - светлинно зависима реакция и светлинно независими (или тъмни) реакции. По време на светлинните реакции електрон се отнема от водната молекула, освобождавайки кислородните и водородните атоми. Свободният кислороден атом се комбинира с друг свободен кислороден атом, за да произведе кислороден газ, който след това се отделя.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Кислородните атоми се създават по време на лекия процес на фотосинтеза и два кислородни атома след това се комбинират, за да образуват кислороден газ.
Светлинни реакции
Основната цел на светлинните реакции при фотосинтезата е да генерират енергия за използване в тъмните реакции. Енергията се събира от слънчева светлина, която се прехвърля към електрони. Тъй като електроните преминават през поредица от молекули, се образуват протонен градиент мембрани. Протоните текат обратно през мембраната чрез ензим, наречен АТФ синтаза, който генерира АТФ, енергийна молекула, използвана в тъмните реакции, където въглеродният диоксид се използва за производство на захар. Този процес се нарича фотофпосфорилиране.
Циклично и нециклично фотофосфорилиране
Цикличното и нецикличното фотофосфорилиране се отнасят до източника и местоназначението на електрона, използван за генериране на протонния градиент и от своя страна АТФ. При циклично фотофосфориране електронът се рециклира обратно към фотосистема, където се захранва отново и повтаря пътуването си през светлинните реакции. Обаче при нецикличното фотофосфорилиране последната стъпка на електрона е в създаването на молекула NADPH, използвана също в тъмните реакции. Това изисква въвеждането на нов електрон, за да повтори светлинните реакции. Нуждата от този електрон води до образуването на кислород от молекулите на водата.
Хлоропласти
При фотосинтетичните еукариоти като водорасли и растения фотосинтезата се случва в специализирана клетъчна органела, наречена хлоропласт. В рамките на хлоропластите има тилакоидни мембрани, които осигуряват вътрешна и външна среда за фотосинтеза. Тилакоидните мембрани присъстват във всички фотосинтетични организми, включително бактерии, но само еукариотите приютяват тези мембрани в хлоропластите. Фотосинтезата започва в фотосистемите, разположени в тилакоидните мембрани. С напредването на светлинните реакции на фотосинтезата протоните се опаковат в мембранните пространства, създавайки протонен градиент през мембраната.
Фотосистеми
Фотосистемите са сложни структури, включващи пигменти, разположени в тилакоидната мембрана, които енергизират електроните, използвайки светлинна енергия. Всеки пигмент е настроен към определена част от спектъра на светлината. Централният пигмент е хлорофил? което служи на допълнителна роля за събиране на електрона, който се използва при последващи светлинни реакции. В центъра на хлорофила? са йони, които се свързват с молекулите на водата. Тъй като хлорофилът енергизира електрона и изпраща електрона извън фотосистемата към чакащите рецепторни молекули, електронът се замества от водните молекули.
Образуване на кислород
Тъй като електроните се отнемат от водните молекули, водата се разбива на съставни атоми. Кислородните атоми от две водни молекули се комбинират, образувайки двуатомен кислород (O2). Водородните атоми, които са единични протони, липсващи своите електрони, подпомагат създаването на протонния градиент в пространството, затворено от тилакоидната мембрана. Диатомният кислород се освобождава и хлорофилният център се свързва с нови водни молекули, за да повтори процеса. Поради участващите реакции, четири електрона трябва да бъдат активирани от хлорофила, за да генерират една молекула кислород.