Come viene prodotto l'ossigeno durante la fotosintesi?

La fotosintesi è il processo mediante il quale le piante e alcuni batteri e protisti sintetizzano molecole di zucchero da anidride carbonica, acqua e luce solare. La fotosintesi può essere suddivisa in due fasi: la reazione dipendente dalla luce e le reazioni indipendenti dalla luce (o scure). Durante le reazioni alla luce, un elettrone viene strappato da una molecola d'acqua liberando gli atomi di ossigeno e idrogeno. L'atomo di ossigeno libero si combina con un altro atomo di ossigeno libero per produrre gas ossigeno che viene poi rilasciato.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Gli atomi di ossigeno vengono creati durante il processo leggero della fotosintesi e due atomi di ossigeno si combinano quindi per formare gas ossigeno.

Lo scopo principale delle reazioni alla luce nella fotosintesi è generare energia da utilizzare nelle reazioni al buio. L'energia viene raccolta dalla luce solare che viene trasferita agli elettroni. Quando gli elettroni passano attraverso una serie di molecole, si forma un gradiente di protoni nelle membrane. I protoni rifluiscono attraverso la membrana attraverso un enzima chiamato ATP sintasi che genera ATP, una molecola energetica, utilizzata nelle reazioni oscure in cui l'anidride carbonica viene utilizzata per produrre zucchero. Questo processo è chiamato fotofosforilazione.

La fotofosforilazione ciclica e non ciclica si riferisce alla sorgente e alla destinazione dell'elettrone utilizzato per generare il gradiente protonico e, a sua volta, l'ATP. Nella fotofosforazione ciclica, l'elettrone viene riciclato in un fotosistema dove viene rienergizzato e ripete il suo viaggio attraverso le reazioni luminose. Tuttavia, nella fotofosforilazione non ciclica, il passaggio finale dell'elettrone è nella creazione di una molecola di NADPH utilizzata anche nelle reazioni oscure. Ciò richiede l'ingresso di un nuovo elettrone per ripetere le reazioni luminose. La necessità di questo elettrone determina la formazione di ossigeno dalle molecole d'acqua.

Negli eucarioti fotosintetici come le alghe e le piante, la fotosintesi avviene in un organello cellulare specializzato chiamato cloroplasto. All'interno dei cloroplasti ci sono membrane tilacoidi che forniscono un ambiente interno ed esterno per la fotosintesi. Le membrane tilacoidi sono presenti in tutti gli organismi fotosintetici, batteri inclusi, ma solo gli eucarioti ospitano queste membrane all'interno dei cloroplasti. La fotosintesi inizia nei fotosistemi situati all'interno delle membrane tilacoidi. Man mano che le reazioni alla luce della fotosintesi progrediscono, i protoni vengono impacchettati all'interno degli spazi della membrana creando un gradiente protonico attraverso la membrana.

I fotosistemi sono strutture complesse che coinvolgono pigmenti situati all'interno della membrana tilacoide che energizzano gli elettroni usando l'energia della luce. Ogni pigmento è sintonizzato su una porzione specifica dello spettro della luce. Il pigmento centrale è la clorofilla? che serve un ruolo aggiuntivo di raccolta dell'elettrone che viene utilizzato nelle successive reazioni alla luce. All'interno del centro della clorofilla? sono ioni che si legano alle molecole d'acqua. Poiché la clorofilla energizza un elettrone e invia l'elettrone al di fuori del fotosistema alle molecole del recettore in attesa, l'elettrone viene sostituito dalle molecole d'acqua.

Quando gli elettroni vengono strappati alle molecole d'acqua, l'acqua viene suddivisa in atomi componenti. Gli atomi di ossigeno di due molecole d'acqua si combinano per formare ossigeno biatomico (O₂). Gli atomi di idrogeno, che sono singoli protoni privi dei loro elettroni, aiutano la creazione del gradiente protonico all'interno dello spazio racchiuso dalla membrana tilacoide. L'ossigeno biatomico viene rilasciato e il centro della clorofilla si lega a nuove molecole d'acqua per ripetere il processo. A causa delle reazioni coinvolte, quattro elettroni devono essere energizzati dalla clorofilla per generare una singola molecola di ossigeno.