Τα φυτά και τα φύκια λειτουργούν ως τράπεζα τροφίμων του κόσμου χάρη στις εκπληκτικές φωτοσυνθετικές τους δυνάμεις. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, το φως του ήλιου συλλέγεται από ζωντανούς οργανισμούς και χρησιμοποιείται για την παραγωγή γλυκόζης και άλλων πλούσιων σε ενέργεια ενώσεων με βάση τον άνθρακα.
Οι επιστήμονες βρίσκουν τα τρία στάδια της διαδικασίας ενδιαφέροντα, και το Κέντρο Βιοενέργειας και Φωτοσύνθεσης στο Arizona State University υποστηρίζει ακόμη και τη σημασία της φωτοσύνθεσης σε σχέση με άλλες βιολογικές διαδικασίες.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η διαδικασία ανταλλαγής ενέργειας στη φωτοσύνθεση εκφράζεται ως 6Η2O + 6CO2 + ελαφριά ενέργεια → C6Η12Ο6 (γλυκόζη: μια απλή ζάχαρη) + 6O2 (οξυγόνο).
Τι είναι η φωτοσύνθεση;
Φωτοσύνθεση είναι μια περίπλοκη διαδικασία που μπορεί να χωριστεί σε δύο ή περισσότερα στάδια, όπως αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως και δεν εξαρτώνται από το φως. Το μοντέλο τριών σταδίων της φωτοσύνθεσης ξεκινά με την απορρόφηση του ηλιακού φωτός και καταλήγει στην παραγωγή γλυκόζης.
Τα φυτά, τα φύκια και ορισμένα βακτήρια ταξινομούνται ως αυτοτροφικά, που σημαίνει ότι είναι ικανοί να καλύψουν τις διατροφικές τους ανάγκες μέσω της φωτοσύνθεσης. Τα Autotrophs βρίσκονται στο κάτω μέρος του τροφική αλυσίδα επειδή παράγουν τρόφιμα για όλους τους άλλους ζωντανούς οργανισμούς. Για παράδειγμα, τα φυτά τρώγονται από βοσκότοπους που μπορεί τελικά να αποτελούν πηγή τροφής για αρπακτικά και αποσυνθέτες.
Το φαγητό δεν είναι η μόνη συνεισφορά της φωτοσύνθεσης. Αποθηκευμένη ενέργεια σε ορυκτά καύσιμα και το ξύλο χρησιμοποιείται για τη θέρμανση σπιτιών, επιχειρήσεων και βιομηχανιών. Οι επιστήμονες μελετούν τα στάδια της φωτοσύνθεσης για να μάθουν περισσότερα για το πώς οι αυτότροφοι χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια και το διοξείδιο του άνθρακα για την παραγωγή οργανικών ενώσεων. Τα ευρήματα της έρευνας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες μεθόδους παραγωγής καλλιεργειών και σε αυξημένες αποδόσεις.
Η διαδικασία φωτοσύνθεσης: Στάδιο 1: Συγκομιδή ακτινοβολημένης ενέργειας
Όταν μια ακτίνα του ήλιου χτυπά ένα πράσινο, φυλλώδες φυτό, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης κινείται.
Το πρώτο βήμα της φωτοσύνθεσης εμφανίζεται στο χλωροπλάστες φυτικών κυττάρων. Τα ελαφριά φωτόνια απορροφώνται από μια χρωστική που ονομάζεται χλωροφύλλη, η οποία είναι άφθονη στη θυλακοειδή μεμβράνη κάθε χλωροπλάστη. Χλωροφύλλη εμφανίζεται πράσινο στο μάτι επειδή δεν απορροφά πράσινα κύματα στο φάσμα φωτός. Αντανακλά τους αντί αυτού, έτσι είναι το χρώμα που βλέπετε.
Τα φυτά λαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα μέσω αυτών στομάτα (μικροσκοπικά ανοίγματα σε ιστό) για χρήση στη φωτοσύνθεση. Τα φυτά εμφανίζονται και αναπληρώνουν οξυγόνο στον αέρα και στον ωκεανό.
Στάδιο 2: Μετατροπή ακτινοβολίας ενέργειας
Αφού απορροφηθεί η ακτινοβολούμενη ενέργεια από το ηλιακό φως, το φυτό μετατρέπει την ελαφριά ενέργεια σε μια χρήσιμη μορφή χημικής ενέργειας για να τροφοδοτήσει τα κύτταρα του φυτού.
Σε εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις Κατά τη διάρκεια του δεύτερου σταδίου της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, τα ηλεκτρόνια διεγείρονται και χωρίζονται από τα μόρια του νερού, αφήνοντας το οξυγόνο ως υποπροϊόν. Τα ηλεκτρόνια υδρογόνου του μορίου νερού στη συνέχεια μετακινούνται σε ένα κέντρο αντίδρασης στο μόριο χλωροφύλλης.
Στο κέντρο αντίδρασης, το ηλεκτρόνιο περνά κατά μήκος μιας αλυσίδας μεταφοράς, υποβοηθούμενη από το ένζυμο συνθάση ΑΤΡ. Η ενέργεια χάνεται καθώς το διεγερμένο ηλεκτρόνιο πέφτει σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Η ενέργεια από τα ηλεκτρόνια μεταφέρεται στο τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και μειωμένο φωσφορικό δινουκλεοτιδικό νικοτιναμίδιο αδενίνης (NADPH), που συνήθως αναφέρεται ως «νόμισμα ενέργειας» των κυττάρων.
Στάδιο 3: Αποθήκευση ακτινοβολίας ενέργειας
Το τελευταίο στάδιο της διαδικασίας φωτοσύνθεσης είναι γνωστό ως ο κύκλος Calvin-Benson, στον οποίο το εργοστάσιο χρησιμοποιεί ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα και νερό από το έδαφος για τη μετατροπή των ATP και NADPH. Οι χημικές αντιδράσεις που αποτελούν τον κύκλο Calvin-Benson εμφανίζονται στο στρώμα του χλωροπλάστη.
Αυτό το στάδιο της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης είναι ανεξάρτητο από το φως και μπορεί να συμβεί ακόμη και τη νύχτα.
Τα ATP και NADPH έχουν σύντομη διάρκεια ζωής και πρέπει να μετατραπούν και να αποθηκευτούν από το εργοστάσιο. Η ενέργεια από τα μόρια ATP και NADPH επιτρέπει στο κύτταρο να χρησιμοποιεί ή να "διορθώνει" ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα, με αποτέλεσμα την παραγωγή σακχάρου, λιπαρού οξέος και γλυκερόλης στο τρίτο στάδιο της φωτοσύνθεσης. Η ενέργεια που δεν χρειάζεται αμέσως η μονάδα αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση.