Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά παράγουν τρόφιμα χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ηλιακό φως. Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο φυτό μέσω μικρών πόρων στα φύλλα του, που ονομάζονται στομάτα. Το νερό ταξιδεύει στα φύλλα μέσω φλεβών στο φυτό αφού απορροφηθεί από τις ρίζες.
Στη διαδικασία φωτοσύνθεσης, η ενέργεια από το ηλιακό φως χρησιμοποιείται για τη δημιουργία γλυκόζης από CO2 και Η2Ο. Αυτή η γλυκόζη παρέχει τροφή για το φυτό. Δεδομένου ότι πολλές μορφές υψηλότερης ζωής εξαρτώνται τόσο από τα φυτά που τρώνε όσο και από το οξυγόνο που αναπνέει, αυτή η διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας για το επιβίωση των οικοσυστημάτων.
Σημείωση: Η φωτοσύνθεση εμφανίζεται επίσης σε φύκια και σε ορισμένους τύπους βακτηρίων. Το επίκεντρο αυτής της ανάρτησης είναι φωτοσύνθεση σε φυτά.
Τοποθεσία της φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε χλωροπλάστες που βρίσκονται στα φύλλα και στα πράσινα στελέχη των φυτών. Ένα φύλλο έχει δεκάδες χιλιάδες κύτταρα καθένα από τα οποία έχει 40 έως 50 χλωροπλάστες.
Κάθε χλωροπλάστης χωρίζεται σε πολλά διαμερίσματα σε σχήμα δίσκου που ονομάζονται θυλακοειδή, τα οποία διατάσσονται κάθετα σαν στοίβα τηγανίτες. Κάθε στοίβα ονομάζεται κόκκο (ο πληθυντικός είναι grana) που αιωρείται σε ένα υγρό που ονομάζεται στρώμα. ο εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις εμφανίζονται στο γκρανά? οι ανεξάρτητες από το φως αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο στρώμα των χλωροπλαστών.
Δύο στάδια της φωτοσύνθεσης
Αν και ολόκληρη η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει λιγότερο από ένα λεπτό, η διαδικασία φωτοσύνθεσης είναι στην πραγματικότητα μάλλον περίπλοκη.
Υπάρχουν δύο βήματα της φωτοσύνθεσης: το ελαφριές αντιδράσεις (το τμήμα φωτογραφίας) και το σκοτεινές αντιδράσεις που είναι επίσης γνωστά ως Calvin Cycle (το μέρος σύνθεσης) και κάθε μία από τις φάσεις της φωτοσύνθεσης έχει πολλά βήματα.
Εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις
Το πρώτο βήμα της φωτοσύνθεσης χρησιμοποιεί ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ να δημιουργήσουν τα μόρια φορέα ενέργειας που θα χρησιμοποιηθούν στη δεύτερη διαδικασία. Γνωστές ως αντιδράσεις φωτός, αυτές οι αντιδράσεις χρησιμοποιούν απευθείας την ενέργεια του ήλιου. Εκατοντάδες μόρια χρωστικής περιέχονται σε φωτοκεντρικά στο θυλακοειδής μεμβράνη και ενεργούν ως κεραίες για να απορροφήσουν φως και να μεταφέρουν ενέργεια σε ένα μόριο χλωροφύλλης.
Αυτές οι φωτοσυνθετικές χρωστικές επιτρέπουν στα φυτά να απορροφούν το φως του ήλιου, το οποίο είναι απαραίτητο για την έναρξη της διαδικασίας. Το φως διεγείρει τα ηλεκτρόνια, προκαλώντας υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μετατροπή της ενέργειας από τον ήλιο σε χημική ενέργεια που παρέχει τροφή για το φυτό.
Μόρια χλωροφύλλης Σε φυτά αποτελεί ένα κέντρο αντίδρασης που μεταφέρει ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας σε μόρια δέκτη, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται μέσω μιας σειράς φορέων μεμβράνης. Αυτά τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας περνούν μεταξύ μορίων και οδηγούν στη διαίρεση των μορίων νερού σε οξυγόνο, ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια.
Σε αυτό το πρώτο βήμα, μια σειρά αντιδράσεων προκαλεί τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε χημική ενέργεια και σε δύο ξεχωριστά φωτοσυστήματα, ηλεκτρόνια μεταφέρονται διαδοχικά για να παράγουν τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και δινουκλεοτίδιο νικοτίνης αδενίνη φωσφορικό (NADP)+).
Μερικά από τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας στη συνέχεια συνεχίζουν να μειώνουν το NADP+ στο NADPH. Το παραγόμενο οξυγόνο διαχέεται από τον χλωροπλάστη και διαφεύγει στην ατμόσφαιρα μέσω πόρων στο φύλλο. Το ATP και το NADPH που παράγονται σε αυτό το πρώτο στάδιο χρησιμοποιούνται στο επόμενο βήμα όπου δημιουργείται η γλυκόζη.
Ανεξάρτητες αντιδράσεις φωτός
Η δεύτερη διαδικασία φωτοσύνθεσης έχει ως αποτέλεσμα τη βιοσύνθεση υδατανθράκων από CO2. Σε αυτήν τη φάση ανεξάρτητη από το φως (παλαιότερα γνωστή ως σκοτεινή), το NADPH που δημιουργήθηκε στο πρώτο βήμα παρέχει το υδρογόνο που θα σχηματίζουν γλυκόζη ενώ το ATP που σχηματίζεται στις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως παρέχει την απαραίτητη ενέργεια για τη σύνθεσή του.
Επίσης γνωστό ως Calvin Cycle, αυτή η φάση λαμβάνει χώρα στο στρώμα και οδηγεί στην παραγωγή του σακχαρόζη, το οποίο στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί ως πηγή τροφής και ενέργειας για το φυτό. Ονομάστηκε Melvin Calvin, αυτή η φάση χρησιμοποιεί τα ATP και NADPH που δημιουργήθηκαν στην πρώτη φάση, μαζί με το ένζυμο διφωσφορική καρβοξυλάση ριβουλόζης που βρέθηκε στον χλωροπλάστη.
Εδώ η ριβουλόζη χρησιμεύει ως καταλύτης για τη «διόρθωση» μορίων άνθρακα που στη συνέχεια μετατρέπονται σε υδατάνθρακες που χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας για το φυτό.