Στάδια ακολουθίας στη φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση, η διαδικασία με την οποία ένας οργανισμός μετατρέπει την ελαφριά ενέργεια και το διοξείδιο του άνθρακα σε υδατάνθρακες και οξυγόνο, συμβαίνει σε όλα τα πράσινα φυτά, καθώς και σε ορισμένους μύκητες και μονοκύτταρους οργανισμούς. Η πλειονότητα των βημάτων της φωτοσύνθεσης συμβαίνει σε χρωστικές ουσίες που ονομάζονται χλωροφύλλη. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί την ενέργεια από τον ήλιο, καθώς και το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό από το περιβάλλον του φυτού, για την παραγωγή γλυκόζης.

Η φωτοσύνθεση παράγει επίσης οξυγόνο ως υποπροϊόν. Σχεδόν όλο το ατμοσφαιρικό οξυγόνο είναι το αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης που εκτελείται από το φυτοπλαγκτόν στον ωκεανό. Η φωτοσύνθεση αποτελείται από δύο κύρια στάδια: τις εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης και τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως.

Ο χλωροπλάστης είναι το οργανικό όπου η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα σε όλα τα φυτά. Πιστεύεται ότι στα πρώτα στάδια της ζωής, οι χλωροπλάστες υπήρχαν ως η δική τους οντότητα. Στη συνέχεια κατακλύστηκαν από μεγαλύτερα κύτταρα και έγιναν αυτό που ξέρουμε ως οργανικά. Αυτό ονομάζεται ενδοσυμιωτική θεωρία.

Τα βήματα της φωτοσύνθεσης μπορούν να συνοψιστούν με την ακόλουθη εξίσωση:

6 CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) + 6 H2O (νερό) + Ενέργεια = C6H12O6 (γλυκόζη) + 6 O2 (οξυγόνο).

Ο άνθρακας από διοξείδιο του άνθρακα συνδυάζεται με υδρογόνο και οξυγόνο από νερό για να σχηματίσει γλυκόζη, με οξυγόνο και νερό ως υποπροϊόντα. Η διαδικασία περιλαμβάνει διάφορα ενδιάμεσα στάδια και απαιτεί την εκτέλεση διαφόρων κυτταρικών μηχανών. Αυτό δείχνει επίσης τη γενική σειρά της φωτοσύνθεσης.

Το διοξείδιο του άνθρακα πρέπει να μετακινηθεί από την ατμόσφαιρα στους χλωροπλάστες πράσινων φυτών όπου συμβαίνει φωτοσύνθεση. Το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό εισέρχονται σε μονοκύτταρους οργανισμούς και υδρόβια φυτά με απλή διάχυση. Τα χερσαία φυτά έχουν εξειδικευμένες δομές που ονομάζονται στομάτα που λειτουργούν ως μικροσκοπικές βαλβίδες για να επιτρέπουν αέρια μέσα και έξω από το φυτό.

Το νερό μεταφέρεται από το έδαφος σε χερσαία φυτά μέσω των ριζών και μεταφέρεται από αγγειακούς ιστούς. Το φως συλλαμβάνεται κυρίως από τα φύλλα των φυτών, του οποίου το σχήμα έχει εξελιχθεί για να συλλάβει ηλιακή ενέργεια με μέγιστη απόδοση στο ξεχωριστό περιβάλλον κάθε είδους.

Στη συνέχεια με τη σειρά της φωτοσύνθεσης είναι οι αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως. Κατά τη διάρκεια των εξαρτώμενων από το φως αντιδράσεων της φωτοσύνθεσης, η ελαφριά ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Το φως ενισχύει τη διάσπαση των μορίων νερού σε υδρογόνο, οξυγόνο και ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται για να φορτίσουν μόρια φορέα ενέργειας όπως τριφωσφορική αδενοσίνη, που ονομάζεται επίσης ΑΤΡ και φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδίου, που ονομάζεται επίσης NADP. Υπάρχουν αρκετές μοριακές οδοί με τις οποίες η ελαφριά ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια, συμπεριλαμβανομένης της κυκλικής φωτοφωσφορυλίωσης και της μη κυκλικής φωτοφωσφορυλίωσης.
Διαβάστε περισσότερα για τις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως.

Στη συνέχεια με τη σειρά της φωτοσύνθεσης είναι οι αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως. Κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων, προϊόντα της ελαφριάς αντίδρασης χρησιμοποιούνται για το σχηματισμό υδατανθράκων. Το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα συλλαμβάνεται και συνδέεται με το συστατικό υδρογόνου του νερού Τα μόρια διασπώνται κατά τη διάρκεια της ελαφριάς αντίδρασης και ένας υδατάνθρακας σχηματίζεται από μια διαδικασία που ονομάζεται Calvin Κύκλος. Αυτό το μέρος της φωτοσύνθεσης είναι επίσης γνωστό ως σταθεροποίηση άνθρακα, ένας σημαντικός παράγοντας για τη διατήρηση σταθερών των ατμοσφαιρικών επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα.

Η γλυκόζη είναι υδατοδιαλυτή και διαλύεται στα εσωτερικά υγρά του φυτού. Η γλυκόζη απομακρύνεται από τα φύλλα και κατανέμεται στο υπόλοιπο φυτό με διάχυση σε απλά φυτά και μέσω αγγειακών ιστών σε πιο πολύπλοκα φυτά. Η γλυκόζη μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί αμέσως ή να αποθηκευτεί.

Τα φυτά διατηρούν λίγο οξυγόνο στους ιστούς τους για μελλοντική χρήση κατά το μεταβολισμό της αποθηκευμένης γλυκόζης με χημική διαδικασία παρόμοια με την αναπνοή των ζώων. Τα φυτά πρέπει συνεπώς να φωτοσύνθεση περισσότερο από ότι αναπνέουν. Το πλεόνασμα οξυγόνου απελευθερώνεται με τον ίδιο τρόπο που λαμβάνεται το διοξείδιο του άνθρακα, με απλή διάχυση ή μέσω των στομάτων του φυτού.