Fotosinteza predstavlja biološki proces kojim biljke pretvaraju svjetlosnu energiju u šećer za gorivo biljnih stanica. Sastoji se od dva stupnja, jedan stupanj pretvara svjetlosnu energiju u šećer, a zatim stanično disanje pretvara šećer u adenozin trifosfat, poznat kao ATP, gorivo za sav stanični život. Pretvaranje neupotrebljive sunčeve svjetlosti čini biljke zelenim.
Iako su mehanizmi fotosinteze složeni, ukupna reakcija događa se na sljedeći način: ugljični dioksid + sunčeva svjetlost + voda> glukoza (šećer) + molekularni kisik. Fotosinteza se odvija kroz nekoliko koraka koji se događaju tijekom dvije faze: svjetlosne i tamne faze.
Prva faza: svjetlosne reakcije
U procesu ovisnom o svjetlu, koji se odvija u grani, složena membranska struktura unutar kloroplasta, izravna energija svjetlosti pomaže biljci da stvori molekule koje nose energiju za iskorištavanje u tamnoj fazi fotosinteza. Biljka koristi svjetlosnu energiju za stvaranje koenzima nikotinamid adenin dinukleotid fosfata ili NADPH i ATP, molekula koje nose energiju. Kemijske veze u tim spojevima pohranjuju energiju i koriste se tijekom tamne faze.
Druga faza: Mračne reakcije
Tamna faza, koja se odvija u stromi i u mraku kada su prisutne molekule koje nose energiju, poznata je i kao Calvinov ciklus ili C3 ciklus. Tamna faza koristi ATP i NADPH generirane u svjetlosnoj fazi za stvaranje C-C kovalentnih veza ugljikohidrata iz ugljični dioksid i voda, s kemikalijom ribuloza bifosfatom ili RuBP, 5-C kemikalijom koja hvata ugljik dioksid. Šest molekula ugljičnog dioksida ulazi u ciklus, koji zauzvrat proizvodi jednu molekulu glukoze ili šećera.
Kako djeluje fotosinteza
Ključna komponenta koja pokreće fotosintezu je molekula klorofil. Klorofil je velika molekula s posebnom strukturom koja joj omogućuje hvatanje svjetlosne energije i pretvaranje u nju visokoenergetski elektroni, koji se koriste tijekom reakcija dviju faza da bi u konačnici nastali šećer ili glukoza.
U fotosintetskim bakterijama reakcija se odvija u staničnoj membrani i unutar stanice, ali izvan jezgre. U biljkama i fotosintetskim praživotinjama - praživotinje su jednostanični organizmi koji pripadaju eukariotu domena, ista domena života koja uključuje biljke, životinje i gljive - fotosinteza se odvija unutar kloroplasti. Kloroplasti su vrsta organela ili membranski vezanih odjeljaka, prilagođenih specifičnim funkcijama poput stvaranja energije za biljke.
Kloroplasti - evolucijska priča
Iako kloroplasti danas postoje unutar drugih stanica, poput biljnih stanica, oni imaju vlastitu DNK i gene. Analiza slijeda ovih gena otkrila je da su kloroplasti evoluirali iz neovisno živih fotosintetskih organizama povezanih s skupinom bakterija koja se naziva cijanobakterija.
Sličan proces dogodio se kada su se preci mitohondrija, organela unutar stanica u kojima se odvija oksidacijsko disanje, kemijska suprotnost fotosintezi. Prema teoriji endosimbioze, teoriji koja je nedavno dobila poticaj zbog nove studije objavljene u časopisu Nature, oba kloroplasta i mitohondrije nekada su živjeli kao neovisne bakterije, ali bili su zahvaćeni precima eukariota, što je u konačnici dovelo do pojave biljaka i životinje.