A fotoszintézis, az a folyamat, amelynek során egy szervezet a fényenergiát és a szén-dioxidot szénhidrátokká és oxigénné alakítja, minden zöld növényben, valamint néhány gombában és egysejtű organizmusban előfordul. A fotoszintézis lépéseinek többsége a klorofill nevű pigmentekben fordul elő. A fotoszintézis a nap energiáját, valamint a növény környezetéből származó szén-dioxidot és vizet használja fel a glükóz előállításához.
A fotoszintézis melléktermékként oxigént is termel. Szinte az összes légköri oxigén a fitoplankton által az óceánban végzett fotoszintézis eredménye. A fotoszintézis két fő szakaszból áll: a fotoszintézis fényfüggő reakcióiból és a fényfüggetlen reakciókból.
A kloroplaszt eredete
A kloroplaszt az az organella, ahol a fotoszintézis minden növényben lejátszódik. Úgy gondolják, hogy az élet korai szakaszában a kloroplasztok saját entitásként léteztek. Ezután nagyobb sejtek elnyelték őket, és organellává váltak. Ezt nevezzük endoszimbiotikus elméletnek.
További információ a kloroplaszt szerkezetéről és működéséről.
A fotoszintézis összesített lépései
A fotoszintézis lépéseit a következő egyenlettel lehet összefoglalni:
6 CO2 (szén-dioxid) + 6 H2O (víz) + energia = C6H12O6 (glükóz) + 6 O2 (oxigén).
A szén-dioxidból származó szén hidrogénnel és a víz oxigénjével együtt glükóz képződik, melléktermékként oxigén és víz. A folyamat több közbenső fázist foglal magában, és végrehajtásához különféle sejtmechanizmus szükséges. Ez a fotoszintézis általános sorrendjét is mutatja.
Nyersanyagok beszerzése
A szén-dioxidnak a légkörből át kell haladnia a zöld növények kloroplasztjaiba, ahol fotoszintézis történik. A szén-dioxid és a víz egyszerű diffúzióval jut be az egysejtű szervezetekbe és a vízi növényekbe. A szárazföldi növényeknek speciális szerkezetei vannak, úgynevezett sztómák, amelyek apró szelepként működnek, hogy gázokat engedjenek be a növénybe és onnan ki.
A vizet a talajból a szárazföldi növényekbe a gyökereken keresztül juttatják el, és az érszövetek szállítják. A fényt elsősorban a növények levelei ragadják meg, amelyek alakja úgy alakult ki, hogy a napenergiát maximális hatékonysággal rögzítse az egyes fajok különálló környezetében.
A fotoszintézis fényfüggő reakciói
A fotoszintézis sorrendjében a következő a fénytől függő reakciók. A fotoszintézis fényfüggő reakciói során a fényenergia kémiai energiává alakul. A fény hajtja a vízmolekulák hidrogénre, oxigénre és szabad elektronokra történő felosztását.
A szabad elektronokat olyan energiahordozó molekulák töltésére használják, mint az adenozin-trifoszfát, más néven ATP, és a nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát, más néven NADP. Számos molekuláris út létezik, amelyek révén a fényenergia kémiai energiává alakul, beleértve a ciklikus fotofoszforilezést és a nem ciklikus fotofoszforilezést.
További információ a fényfüggő reakciókról.
Fénytől független reakció
A fotoszintézis sorrendjében a következő a fénytől független reakció. E reakciók során a könnyű reakció termékeit használják szénhidrátok képződésére. A légkörből származó szén-dioxidot megfogják és megkötik a víz hidrogén-összetevőjével a fényreakció során molekulák hasadnak, és egy szénhidrát képződik a Calvin nevű folyamat révén Ciklus. A fotoszintézis ezen részét szénrögzítésként is ismerik, ami fontos tényező a légköri szén-dioxid szintjének állandó szinten tartásában.
Glükózszállítás és -tárolás
A glükóz vízoldékony és feloldódik a növény belső folyadékaiban. A glükózt eltávolítják a levelekből, és diffúzióval juttatják el a növény többi részéhez egyszerű növényekben és bonyolultabb növényekben az érszöveteken keresztül. A glükóz ezután azonnal felhasználható vagy tárolható.
A növények visszatartanak némi oxigént a szöveteikben későbbi felhasználás céljából, amikor az állati légzéshez hasonló kémiai eljárással metabolizálják a tárolt glükózt. A növényeknek ezért többet kell fotoszintetizálniuk, mint amennyit belélegeznek. Az oxigénfelesleg ugyanúgy szabadul fel, mint a szén-dioxid, egyszerű diffúzióval vagy a növény sztómáin keresztül.
