Hvordan iltgas produceres under fotosyntese?

Fotosyntese er den proces, hvor planter og nogle bakterier og protister syntetiserer sukkermolekyler fra kuldioxid, vand og sollys. Fotosyntese kan opdeles i to faser - den lysafhængige reaktion og de lysuafhængige (eller mørke) reaktioner. Under lysreaktionerne fjernes en elektron fra et vandmolekyle, der frigør ilt- og hydrogenatomer. Det frie iltatom kombineres med et andet frit iltatom for at producere iltgas, som derefter frigives.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

Oxygenatomer dannes under lysprocessen ved fotosyntese, og to iltatomer kombineres derefter til dannelse af iltgas.

Det primære formål med lysreaktionerne i fotosyntese er at generere energi til brug i mørke reaktioner. Energien høstes fra sollys, der overføres til elektroner. Når elektronerne passerer gennem en række molekyler, dannes en protongradient membraner. Protonerne strømmer tilbage over membranen gennem et enzym kaldet ATP-syntase, der genererer ATP, et energimolekyle, der anvendes i mørke reaktioner, hvor kuldioxid bruges til at fremstille sukker. Denne proces kaldes fotofosforylering.

Cyklisk og ikke-cyklisk fotofosforylering henviser til kilden og destinationen for den elektron, der bruges til at generere protongradienten og til gengæld ATP. I cyklisk fotofosforlering genbruges elektronen tilbage til et fotosystem, hvor den genoplades og gentager sin rejse gennem lysreaktionerne. Imidlertid er ikke-cyklisk fotofosforylering elektronens sidste trin i oprettelsen af ​​et NADPH-molekyle, der også anvendes i mørke reaktioner. Dette kræver input af en ny elektron for at gentage lysreaktionerne. Behovet for denne elektron resulterer i dannelsen af ​​ilt fra vandmolekyler.

I fotosyntetiske eukaryoter som alger og planter forekommer fotosyntese i en specialiseret celleorganel kaldet en kloroplast. Inden for kloroplasterne findes thylakoidmembraner, der giver et internt og eksternt miljø til fotosyntese. Thylakoidmembranerne er til stede i alle fotosyntetiske organismer, inklusive bakterier, men kun eukaryoter huser disse membraner i kloroplaster. Fotosyntese begynder i fotosystemer placeret i thylakoidmembranerne. Efterhånden som lysreaktionerne af fotosyntese skrider frem, pakkes protoner inden i membranrummene, hvilket skaber en protongradient over membranen.

Fotosystemer er komplekse strukturer, der involverer pigmenter placeret i thylakoidmembranen, der aktiverer elektroner ved hjælp af lysenergi. Hvert pigment er tilpasset til en bestemt del af lysets spektrum. Det centrale pigment er klorofyl? som tjener en yderligere rolle med at samle elektronen, der bruges i efterfølgende lysreaktioner. I centrum af klorofyl? er ioner, der binder til vandmolekyler. Da klorofyl aktiverer en elektron og sender elektronen uden for fotosystemet til ventende receptormolekyler, erstattes elektronen fra vandmolekylerne.

Når elektroner fjernes fra vandmolekyler, brydes vandet i komponentatomer. Oxygenatomer fra to vandmolekyler kombineres for at danne diatomisk ilt (O₂). Brintatomerne, som er enkeltprotoner, der mangler deres elektroner, hjælper med at skabe protongradienten i det rum, der er omsluttet af thylakoidmembranen. Det diatomiske ilt frigives, og klorofylcentret binder sig til nye vandmolekyler for at gentage processen. På grund af de involverede reaktioner skal fire elektroner få energi fra klorofylen for at generere et enkelt iltmolekyle.