A fotoszintézis a napfény kémiai energiává alakításának folyamata, amelyet a glükóz vagy a cukor kötéseiben tárol. Ez a folyamat növényekben, baktériumokban és néhány protisztában vagy algában fordul elő, hogy táplálékként cukrot termeljenek. A fotoszintetikus növények leveleiben található klorofill elkapja a napfény energiáját és szénhidrátokká alakítja. A fotoszintézis szén-dioxidot (CO2) és vizet használ nyersanyagként a cukor előállításához és oxigén felszabadításához melléktermékként.
Biológiai felépítés
A fotoszintézis elsősorban levelekben és szárakban zajlik. A tipikus levél magában foglalja a felső és az alsó hámréteget, az érkötegeket, a mezofillust és a sztómát vagy a növényi pórusokat. A felső és az alsó hám védelmet nyújt a levél számára. A sztómák az alsó hámréteg pórusai, amelyek a CO2 és a levegő áthaladásának útjaként működnek. Az érkötegek vizet, ásványi anyagokat és tápanyagokat mozgatnak a növény körül. A mezofill tilakoid membránjában kloroplasztot tartalmaz. Itt történik a fotoszintézis.
A kémiai reakció előfordulása
A fotoszintézis alatt végbemenő teljes kémiai reakció leírása: „6H2O + 6CO2> C6H12O6 + 6O2”. A folyamat két szakaszban történik. Az első szakasz a nagy energiájú molekulák kialakításához használt fény reakciója. A fényreakció során összegyűjtött energiát a sejtekben ATP-nek nevezett vegyi anyag vagy adenozin-trifoszfát formájában tárolják. A fotoszintézis második szakaszát Calvin-ciklusreakciónak hívják.
Calvin Cycle Reaction
A reakció ezen részében az ATP-n tárolt kémiai energiát használják fel cukor előállításához CO2-ból enzimatikus vagy enzimreakciók útján. Kezdetben a CO2 reagál egy öt szénatomos vegyülettel, ribulóz-biszfoszfáttal (RuBP), amelyet a a karboxiláz-oxigenáz enzim egy stabil, három szénatomos vegyület előállítására, amelyet foszfoglicerátnak (PGA) neveznek. Az ATP-be befogott energia a PGA-t glicerinaldehid-3-foszfáttá (G3P) alakítja, amely más szerves vegyületekké alakul.
A fotoszintézist korlátozó tényezők
A fotoszintézist nagymértékben meghatározzák olyan tényezők, mint a fényintenzitás, a talaj tápanyagai, a víz rendelkezésre állása, a hőmérséklet és a szén-dioxid koncentrációja a légkörben. A vízszint csökkenése csökkenti a talaj nedvességtartalmát, és bezárja a sztómákat. Ez korlátozza a szén-dioxid diffúzióját és befolyásolja a fotoszintézist.