פוטוסינתזה היא התהליך שבו צמחים מייצרים מזון באמצעות פחמן דו חמצני, מים ואור שמש. פחמן דו חמצני נכנס לצמח דרך נקבוביות קטנות בעלים שלו, הנקראים סטומטה. מים עוברים לעלים דרך הוורידים בצמח לאחר שהם נקלטים בשורשים.
בתהליך הפוטוסינתזה משתמשים באנרגיה מאור השמש ליצירת גלוקוז מ- CO2 ו- H2או גלוקוז זה מספק הזנה לצמח. מכיוון שצורות חיים גבוהות יותר תלויות הן בצמחים לאכילה והן בחמצן לנשימה, תהליך זה חיוני ל הישרדות מערכות אקולוגיות.
הערה: פוטוסינתזה מתרחשת גם באצות ובסוגים מסוימים של חיידקים. המוקד של פוסט זה הוא על פוטוסינתזה בצמחים.
מיקום הפוטוסינתזה
פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים המצויים בעלים ובגבעולים הירוקים של הצמחים. בעלה אחד יש עשרות אלפי תאים שלכל אחד מהם יש 40 עד 50 כלורופלסטים.
כל כלורופלסט מחולק לתאים רבים בצורת דיסק הנקראים תילאקואידים, אשר מסודרים אנכית כמו ערימת לביבות. כל ערימה נקראת גרנום (הרבים היא גרנה) המושעה בנוזל הנקרא סטרומה. ה תגובות תלויות אור להתרחש בגראנה; התגובות שאינן תלויות באור מתרחשות בסטרומה של הכלורופלסטים.
שני שלבים של פוטוסינתזה
למרות שהתהליך כולו יכול לקחת פחות מדקה, תהליך הפוטוסינתזה הוא למעשה מורכב למדי.
ישנם שני שלבים של פוטוסינתזה: תגובות קלות (חלק הצילום) ואת תגובות חשוכות הידועים גם בשם מחזור קלווין (חלק הסינתזה), ולכל אחד משלבי הפוטוסינתזה יש מספר שלבים.
תגובות תלויות אור
הצעד הראשון של השימוש בפוטוסינתזה אנרגיית אור ליצירת מולקולות נושאות האנרגיה שישמשו בתהליך השני. התגובות הללו ידועות כתגובות אור, ומשתמשות באנרגיית השמש באופן ישיר. מאות מולקולות פיגמנט כלולות בפוטו-מרכזים באזור קרום תילקואידי ולפעול כאנטנות לקליטת אור ולהעברת אנרגיה למולקולת כלורופיל.
פיגמנטים פוטוסינתטיים אלה מאפשרים לצמחים לספוג אור שמש, הדרוש בכדי להתחיל בתהליך. האור מלהיב אלקטרונים וגורם למצב אנרגיה גבוה יותר. התוצאה היא המרת אנרגיה מהשמש לאנרגיה כימית המספקת מזון לצמח.
מולקולות כלורופיל בצמחים מהווים מרכז תגובה שמעביר אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה למולקולות קבלה, אשר מועברות לאחר מכן באמצעות סדרה של מובילי קרום. אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה אלה עוברים בין מולקולות וגורמים לחלוקה של מולקולות מים לחמצן, יונים מימן ואלקטרונים.
בשלב ראשון זה, סדרת תגובות גורמת להמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה כימית ובשתי נפרדות מערכות פוטו, אלקטרונים מועברים ברצף ליצירת אדנוזין טריפוספט (ATP) ודינוקליאוטיד אדנין ניקוטין פוספט (NADP+).
חלק מהאלקטרונים בעלי האנרגיה הגבוהה ממשיכים להפחית את ה- NADP+ ל- NADPH. החמצן המיוצר מפוזר מכלורופלסט ונמלט לאטמוספרה דרך הנקבוביות בעלה. ה- ATP ו- NADPH המיוצרים בשלב ראשון זה משמשים בשלב הבא בו נוצר גלוקוז.
תגובות עצמאיות קלות
תהליך הפוטוסינתזה השני מביא לביוסינתזה של פחמימות מ- CO2. בשלב בלתי תלוי-אור זה (שנקרא בעבר כהה), ה- NADPH שנוצר בשלב הראשון מספק את המימן שיהיה יוצרים גלוקוז בעוד ה- ATP שנוצר בתגובות תלויות האור מספק את האנרגיה הדרושה לסינתזה.
ידוע גם בשם מחזור קלווין, שלב זה מתרחש בסטרומה ומביא לייצור של סוכרוז, אשר לאחר מכן ישמש כמקור מזון ואנרגיה לצמח. על שם מלווין קלווין, שלב זה משתמש ב- ATP וב- NADPH שנוצרו בשלב הראשון, יחד עם האנזים ריבולוז ביספוספט קרבוקסילאז שנמצא בכלורופלסט.
כאן הריבולוז משמש כזרז, "לתקן" מולקולות פחמן שהופכות לאחר מכן לפחמימות המשמשות מקור אנרגיה לצמח.