צמחים ואצות משמשים כבנק המזון של העולם בזכות הכוחות הפוטוסינתטיים המדהימים שלהם. בתהליך הפוטוסינתזה, אור השמש נאסף על ידי אורגניזמים חיים ומשמש לייצור גלוקוז ותרכובות אחרות עשירות באנרגיה על בסיס פחמן.
מדענים מוצאים את שלושת השלבים של התהליך מסקרנים, וה- המרכז לביו-אנרגיה ופוטוסינתזה באוניברסיטת מדינת אריזונה אפילו טוען לחשיבות הפוטוסינתזה ביחס לתהליכים ביולוגיים אחרים.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
תהליך חילופי האנרגיה בפוטוסינתזה מתבטא כ- 6H2O + 6CO2 + אנרגיית אור → C6ה12או6 (גלוקוז: סוכר פשוט) + 6O2 (חַמצָן).
מהי פוטוסינתזה?
פוטוסינתזה הוא תהליך מורכב שניתן לחלק לשני שלבים או יותר, תגובות תלויי-אור ותלויים באור. המודל התלת-שלבי של הפוטוסינתזה מתחיל בספיגת אור השמש ומסתיים בייצור גלוקוז.
צמחים, אצות וחיידקים מסוימים מסווגים כ אוטוטרופיםכלומר הם מסוגלים לענות על צרכיהם התזונתיים באמצעות פוטוסינתזה. אוטוטרופים נמצאים בתחתית שרשרת המזון כי הם מייצרים מזון לכל היצורים החיים האחרים. למשל, צמחים נאכלים על ידי רועבים שעלולים להוות מקור מזון לטורפים ומפרקים.
אוכל אינו התרומה היחידה של פוטוסינתזה. אנרגיה מאוחסנת ב
דלקים מאובנים ועץ משמש לחימום בתים, עסקים ותעשיות. מדענים חוקרים את שלבי הפוטוסינתזה כדי ללמוד עוד על האופן שבו אוטוטרופים משתמשים באנרגיה סולארית ופחמן דו חמצני כדי לייצר תרכובות אורגניות. ממצאי מחקר עשויים להוביל לשיטות חדשות לייצור יבולים ולהגדלת התשואות.תהליך הפוטוסינתזה: שלב 1: קצירת אנרגיה קורנת
כאשר קרן אור פוגעת בצמח ירוק ועלים, תהליך הפוטוסינתזה יוצא לדרך.
השלב הראשון של הפוטוסינתזה מתרחש ב כלורופלסטים של תאי צמח. פוטונים קלים נספגים על ידי פיגמנט הנקרא כלורופיל, אשר נמצא בשפע בקרום התילקואידי של כל כלורופלסט. כלורופיל נראה ירוק לעין מכיוון שהוא אינו קולט גלים ירוקים בספקטרום האור. זה משקף אותם במקום זאת, אז זה הצבע שאתה רואה.
צמחים נוטלים פחמן דו חמצני באמצעותם סטומטה (פתחים מיקרוסקופיים ברקמות) לשימוש בפוטוסינתזה. צמחים מתרחבים ומתמלאים חמצן באוויר ובאוקיאנוס.
שלב 2: המרת אנרגיה קורנת
לאחר שקליטת אנרגיה קורנת מאור השמש, הצמח ממיר את אנרגיית האור לצורה שמישה של אנרגיה כימית לתדלק את תאי הצמח.
ב תגובות תלויות אור המתרחש בשלב השני של תהליך הפוטוסינתזה, האלקטרונים מתרגשים ומתפצלים ממולקולות מים ומשאירים חמצן כתוצר לוואי. אז אלקטרוני המימן של מולקולת המים עוברים למרכז תגובה במולקולת הכלורופיל.
במרכז התגובה, האלקטרון עובר לאורך שרשרת הובלה, בעזרת האנזים ATP synthase. האנרגיה הולכת לאיבוד כאשר האלקטרון הנרגש יורד לרמות אנרגיה נמוכות יותר. אנרגיה מהאלקטרונים מועברת אל אדנוזין טריפוספט (ATP) והפחית פוספט ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד (NADPH), המכונה בדרך כלל "מטבע אנרגיה" של תאים.
שלב 3: אחסון אנרגיה קורנת
השלב האחרון בתהליך הפוטוסינתזה מכונה מחזור קלווין-בנסון, בו הצמח משתמש בפחמן דו-חמצני אטמוספרי ובמים מהאדמה כדי להמיר ATP ו- NADPH. התגובות הכימיות המרכיבות את מחזור קלווין-בנסון מתרחשות בסטרומה של הכלורופלסט.
שלב זה של תהליך הפוטוסינתזה הוא בלתי תלוי באור ויכול לקרות גם בלילה.
ל- ATP ו- NADPH חיי מדף קצרים ועליהם להמיר ולאחסן אותם על ידי המפעל. אנרגיה ממולקולות ATP ו- NADPH מאפשרת לתא להשתמש או "לתקן" פחמן דו-חמצני אטמוספרי, וכתוצאה מכך ייצור של סוכר, חומצת שומן וגליצרול בשלב השלישי של הפוטוסינתזה. אנרגיה שהצמח אינו זקוק לה מיד מאוחסנת לשימוש מאוחר יותר.