שלבי רצף בפוטוסינתזה

פוטוסינתזה, התהליך שבו אורגניזם ממיר אנרגיית אור ופחמן דו חמצני לפחמימות וחמצן, מתרחשת בכל הצמחים הירוקים, כמו גם בפטריות ובאורגניזמים חד תאיים. רוב שלבי השלבים של הפוטוסינתזה מתרחשים בפיגמנטים הנקראים כלורופיל. הפוטוסינתזה משתמשת באנרגיה מהשמש, כמו גם בפחמן דו חמצני ובמים מסביבת הצמח, כדי לייצר גלוקוז.

פוטוסינתזה מייצרת גם חמצן כתוצר לוואי. כמעט כל החמצן האטמוספרי הוא תוצאה של פוטוסינתזה שמבצעת פיטופלנקטון באוקיאנוס. פוטוסינתזה מורכבת משני שלבים עיקריים: התגובות התלויות באור של הפוטוסינתזה והתגובות הבלתי תלויות באור.

הכלורופלסט הוא האברון בו מתרחשת הפוטוסינתזה בכל הצמחים. הוא האמין כי בשלבים המוקדמים של החיים, כלורופלסטים היו קיימים משל עצמם. לאחר מכן הם נבלעו על ידי תאים גדולים יותר והפכו למה שאנו מכירים כאורגנה. זה נקרא התיאוריה האנדוסימביוטית.
קרא עוד על המבנה והתפקוד של הכלורופלסט.

ניתן לסכם את שלבי הפוטוסינתזה על ידי המשוואה הבאה:

6 CO2 (פחמן דו חמצני) + 6 H2O (מים) + אנרגיה = C6H12O6 (גלוקוז) + 6 O2 (חמצן).

הפחמן מפחמן דו-חמצני משלב מימן וחמצן מהמים ליצירת גלוקוז, עם חמצן ומים כתוצרי לוואי. התהליך כולל מספר שלבי ביניים ודורש לבצע מכונות סלולריות שונות. זה מראה גם את הסדר הכללי של הפוטוסינתזה.

פחמן דו חמצני חייב לעבור מהאטמוספרה לכלורופלסטים של צמחים ירוקים שבהם מתרחשת פוטוסינתזה. פחמן דו חמצני ומים נכנסים לאורגניזמים חד תאיים ולצמחי מים באמצעות דיפוזיה פשוטה. לצמחי קרקע יש מבנים מיוחדים הנקראים סטומטה הפועלים כשסתומים זעירים המאפשרים גזים אל הצמח ומחוצה לו.

מים מועברים מהאדמה לצמחים יבשתיים דרך השורשים ומועברים על ידי רקמות כלי הדם. האור נלכד בעיקר על ידי עלים של צמחים, שצורתם התפתחה ללכידת אנרגיה סולארית ביעילות מרבית בסביבה המובהקת של כל מין.

הבאה בסדר הפוטוסינתזה היא התגובות התלויות באור. במהלך התגובות התלויות באור של הפוטוסינתזה, אנרגית האור מומרת לאנרגיה כימית. האור מעצים את הפיצול של מולקולות מים למימן, חמצן ואלקטרונים חופשיים.

האלקטרונים החופשיים משמשים לטעינת מולקולות נושאות אנרגיה כגון אדנוזין טריפוספט, הנקרא גם ATP, וניקוטינאמיד אדנין דינוקליאוטיד פוספט, הנקרא גם NADP. ישנם מספר מסלולים מולקולריים שבאמצעותם מומרת אנרגית אור לאנרגיה כימית, כולל פוטוספורילציה מחזורית ופוטופוספורילציה מחזורית.
קרא עוד על תגובות תלויות אור.

הבאה בסדר הפוטוסינתזה היא התגובות הבלתי תלויות באור. במהלך התגובות הללו משתמשים בתוצרי התגובה הקלה ליצירת פחמימות. פחמן דו חמצני מהאטמוספירה נלכד ומקושר עם רכיב המימן של המים מולקולות מתפצלות במהלך תגובת האור, ופחמימה נוצרת בתהליך הנקרא קלווין מחזור. חלק זה של הפוטוסינתזה מכונה גם קיבוע פחמן, גורם חשוב לשמירה על יציבות פחמן דו-חמצני אטמוספרי.

גלוקוז מסיס במים ומתמוסס בנוזלים הפנימיים של הצמח. גלוקוז מועבר מהעלים ומופץ לשאר הצמח באמצעות דיפוזיה בצמחים פשוטים ודרך רקמות כלי דם בצמחים מורכבים יותר. לאחר מכן ניתן להשתמש בגלוקוז מיד או לאחסן אותו.

צמחים שומרים על קצת חמצן ברקמות שלהם לשימוש מאוחר יותר בעת חילוף חומרים של גלוקוז מאוחסן בתהליך כימי הדומה לנשימה של בעלי חיים. לכן צמחים חייבים לפוטוסינתזה יותר מכפי שהם נועדים. עודף חמצן משתחרר באותו אופן בו נלקח פחמן דו חמצני, באמצעות דיפוזיה פשוטה או דרך סטומטת הצמח.