Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία μετατροπής του ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια αποθηκεύοντάς το στους δεσμούς γλυκόζης ή ζάχαρης. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε φυτά, βακτήρια και ορισμένα προστατευτικά, ή φύκια για την παραγωγή ζάχαρης ως τροφής. Η χλωροφύλλη που υπάρχει στα φύλλα των φωτοσυνθετικών φυτών συλλαμβάνει ενέργεια από το φως του ήλιου και τη μετατρέπει σε υδατάνθρακες. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό ως πρώτη ύλη για την παραγωγή σακχάρου και την απελευθέρωση οξυγόνου ως υποπροϊόν.
Βιολογική δομή
Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα κυρίως σε φύλλα και στελέχη. Το τυπικό φύλλο περιλαμβάνει την άνω και κάτω επιδερμίδα, τις αγγειακές δέσμες, τη μεσοφύλλη και το στοματικό, ή τους πόρους των φυτών. Η άνω και η κάτω επιδερμίδα χρησιμεύουν ως προστασία του φύλλου. Οι στοιβάδες είναι πόροι στην κάτω επιδερμίδα που δρουν ως διέλευση για CO2 και αέρα που διέρχεται. Οι αγγειακές δέσμες μεταφέρουν νερό, μέταλλα και θρεπτικά συστατικά γύρω από το φυτό. Η μεσοφύλλη περιέχει χλωροπλάστη στη θυλακοειδή μεμβράνη της. Αυτό είναι το μέρος όπου συμβαίνει η φωτοσύνθεση.
Εμφάνιση χημικής αντίδρασης
Η συνολική χημική αντίδραση υπό τη φωτοσύνθεση μπορεί να γραφτεί ως "6H2O + 6CO2> C6H12O6 + 6O2." Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο είναι η αντίδραση του φωτός που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό μορίων υψηλής ενέργειας. Η ενέργεια που συλλέγεται στην αντίδραση φωτός αποθηκεύεται σε κύτταρα με τη μορφή χημικής ουσίας που ονομάζεται ATP ή τριφωσφορικής αδενοσίνης. Το δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης ονομάζεται Calvin Cycle Reaction.
Αντίδραση κύκλου Calvin
Σε αυτό το μέρος της αντίδρασης, η χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στο ATP χρησιμοποιείται για την παραγωγή σακχάρου από CO2 μέσω ενζυματικών ή ενζυματικών αντιδράσεων. Αρχικά, το CO2 αντιδρά με μια ένωση πέντε άνθρακα που ονομάζεται διφωσφορική ριβουλόζη (RuBP), που καταλύεται από ένζυμο καρβοξυλάση οξυγενάση για να παράγει μια σταθερή ένωση τριών-άνθρακα που ονομάζεται φωσφογλυκερικό (PGA). Η ενέργεια που συλλαμβάνεται στο ATP μετατρέπει το PGA σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη (G3P) η οποία μετατρέπεται σε άλλες οργανικές ενώσεις.
Παράγοντες που περιορίζουν τη φωτοσύνθεση
Η φωτοσύνθεση καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από παράγοντες όπως η ένταση του φωτός, τα θρεπτικά συστατικά του εδάφους, η διαθεσιμότητα του νερού, η θερμοκρασία και η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Η μείωση της στάθμης του νερού μειώνει την υγρασία από το έδαφος και κλείνει τα στομάτα. Αυτό περιορίζει τη διάχυση του διοξειδίου του άνθρακα και επηρεάζει τη φωτοσύνθεση.
