Jak vzniká kyslík během fotosyntézy?

Fotosyntéza je proces, při kterém rostliny a některé bakterie a protisté syntetizují molekuly cukru z oxidu uhličitého, vody a slunečního světla. Fotosyntézu lze rozdělit do dvou fází - reakce závislá na světle a reakce nezávislé na světle (nebo tmavé). Během světelných reakcí je elektron odstraněn z molekuly vody a uvolní atomy kyslíku a vodíku. Volný atom kyslíku se spojí s dalším volným atomem kyslíku a vytvoří plynný kyslík, který se poté uvolní.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Atomy kyslíku se vytvářejí během světelného procesu fotosyntézy a dva atomy kyslíku se poté spojí a vytvoří plynný kyslík.

Primárním účelem světelných reakcí ve fotosyntéze je generování energie pro použití v temných reakcích. Energie se získává ze slunečního světla, které se přenáší na elektrony. Jak elektrony procházejí řadou molekul, vytváří se protonový gradient membrány. Protony proudí zpět přes membránu prostřednictvím enzymu zvaného ATP syntáza, který generuje ATP, energetickou molekulu, používanou při temných reakcích, kdy se z oxidu uhličitého vyrábí cukr. Tento proces se nazývá fotofosforylace.

Cyklická a necyklická fotofosforylace se týká zdroje a cíle elektronu použitého ke generování protonového gradientu a následně ATP. Při cyklické fotofosforlaci se elektron recykluje zpět do fotosystému, kde je znovu napájen energií a opakuje svou cestu světelnými reakcemi. Avšak při necyklické fotofosforylaci je posledním krokem elektronu vytvoření molekuly NADPH, která se také používá při temných reakcích. To vyžaduje vstup nového elektronu pro opakování světelných reakcí. Potřeba tohoto elektronu vede k tvorbě kyslíku z molekul vody.

U fotosyntetických eukaryot, jako jsou řasy a rostliny, dochází k fotosyntéze ve specializované buněčné organele zvané chloroplast. V chloroplastech jsou tylakoidní membrány, které poskytují vnitřní a vnější prostředí pro fotosyntézu. Tylakoidní membrány jsou přítomny ve všech fotosyntetických organismech, včetně bakterií, ale pouze eukaryoty tyto membrány uchovávají v chloroplastech. Fotosyntéza začíná ve fotosystémech umístěných uvnitř tylakoidních membrán. Jak světelné reakce fotosyntézy postupují, protony jsou zabaleny do prostorů membrány a vytvářejí protonový gradient přes membránu.

Fotosystémy jsou složité struktury zahrnující pigmenty umístěné uvnitř tylakoidní membrány, které energizují elektrony pomocí světelné energie. Každý pigment je naladěn na určitou část spektra světla. Centrálním pigmentem je chlorofyl? který slouží další roli sběru elektronu, který se používá při následných světelných reakcích. Ve středu chlorofylu? jsou ionty, které se vážou na molekuly vody. Když chlorofyl energizuje elektron a posílá elektron mimo fotosystém do čekajících molekul receptoru, je elektron nahrazen z molekul vody.

Jakmile jsou elektrony odstraněny z molekul vody, voda se rozloží na atomy složek. Atomy kyslíku ze dvou molekul vody se spojí a vytvoří dvojatomový kyslík (O₂). Atomy vodíku, což jsou jednotlivé protony, které postrádají své elektrony, pomáhají vytvářet protonový gradient v prostoru uzavřeném tylakoidní membránou. Diatomický kyslík se uvolní a chlorofylové centrum se váže na nové molekuly vody, aby proces zopakoval. Kvůli zapojeným reakcím musí být chlorofylem napájeny čtyři elektrony, aby generovaly jedinou molekulu kyslíku.