Fotosüntees on protsess, mille käigus taimed ja mõned bakterid ning protistid sünteesivad suhkrumolekule süsinikdioksiidist, veest ja päikesevalgusest. Fotosünteesi võib jagada kaheks etapiks - valgusest sõltuv reaktsioon ja valgusest sõltumatu (või tume) reaktsioon. Valgusreaktsioonide käigus eemaldatakse hapniku ja vesiniku aatomeid vabastavast veemolekulist elektron. Vaba hapniku aatom kombineerub teise vaba hapniku aatomiga, et saada hapnikugaas, mis seejärel vabaneb.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Hapniku aatomid tekivad fotosünteesi kerges protsessis ja kaks hapniku aatomit ühendavad seejärel gaasilise hapniku.
Valgusreaktsioonid
Valgusreaktsioonide esmane eesmärk fotosünteesis on energia tootmine kasutamiseks pimedates reaktsioonides. Energia saadakse päikesevalgusest, mis kandub elektronidesse. Kui elektronid läbivad rea molekule, moodustuvad prootongradient membraanid. Prootonid voolavad tagasi läbi membraani ensüümi nimega ATP süntaas, mis tekitab pimedates reaktsioonides kasutatava energia molekuli ATP, kus suhkru valmistamiseks kasutatakse süsinikdioksiidi. Seda protsessi nimetatakse fotofosforülatsiooniks.
Tsükliline ja mittetsükliline fotofosforüülimine
Tsükliline ja mittetsükliline fotofosforüülimine viitab prootoni gradiendi ja omakorda ATP genereerimiseks kasutatud elektroni allikale ja sihtkohale. Tsüklilise fotofosforatsiooni korral juhitakse elektron tagasi fotosüsteemi, kus see saab uuesti energiat ja kordab teekonda läbi valgusreaktsioonide. Kuid mittetsüklilises fotofosforüleerimisel on elektroni viimane samm NADPH molekuli loomisel, mida kasutatakse ka pimedates reaktsioonides. See nõuab valgusreaktsioonide kordamiseks uue elektroni sisestamist. Selle elektroni vajadus põhjustab veemolekulidest hapniku moodustumist.
Kloroplastid
Fotosünteesivates eukarüootides, näiteks vetikates ja taimedes, toimub fotosüntees spetsialiseeritud raku organellides, mida nimetatakse kloroplastiks. Kloroplastide sees on tülakoidmembraanid, mis tagavad fotosünteesi jaoks sise- ja väliskeskkonna. Tülakoidmembraanid esinevad kõigis fotosünteesivates organismides, kaasa arvatud bakterid, kuid ainult eukarüootides asuvad need membraanid kloroplastides. Fotosüntees algab tülakoidmembraanides asuvatest fotosüsteemidest. Kui fotosünteesi valgusreaktsioonid edenevad, pakitakse prootonid membraaniruumidesse, tekitades kogu membraani prootonigradiendi.
Fotosüsteemid
Fotosüsteemid on keerulised struktuurid, mis hõlmavad tülakoidmembraanis asuvaid pigmente, mis annavad energiat energiale valgusenergia abil. Iga pigment on häälestatud valguse spektri kindlale osale. Keskne pigment on klorofüll? mis täidab täiendavat rolli järgnevatel valgusreaktsioonidel kasutatava elektroni kogumisel. Klorofülli keskmes? on ioonid, mis seonduvad veemolekulidega. Kui klorofüll annab elektrile energiat ja saadab selle fotosüsteemist väljapoole ootavatesse retseptorimolekulidesse, asendatakse elektron veemolekulidest.
Hapniku moodustumine
Kui elektronid eemaldatakse veemolekulidest, lagundatakse vesi komponentide aatomiteks. Kahe veemolekuli hapnikuaatomid moodustavad diatoomse hapniku (O2). Vesiniku aatomid, mis on üksikud prootonid, millel puuduvad elektronid, aitavad prootonigradienti luua tilakoidmembraaniga suletud ruumis. Diatoomne hapnik vabaneb ja klorofülli keskus seondub uute veemolekulidega, et protsessi korrata. Osaliste reaktsioonide tõttu peab klorofüll pingestama nelja elektroni, et tekitada üks hapniku molekul.