ფოტოსინთეზი წარმოადგენს ბიოლოგიურ პროცესს, რომლის დროსაც მცენარეები სინათლის ენერგიას გარდაქმნიან შაქრად და ამუშავებენ მცენარეთა უჯრედებს. ორი ეტაპისგან შემდგარი ერთი ეტაპი გარდაქმნის სინათლის ენერგიას შაქრად და შემდეგ უჯრედული სუნთქვა შაქარს აქცევს ადენოზინის ტრიფოსფატად, რომელიც ცნობილია ATP– ით, უჯრედისის მთელი ცხოვრების საწვავად. გამოუყენებელი მზის სხივების გარდაქმნა მცენარეებს ამწვანებს.
მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოსინთეზის მექანიზმები რთულია, საერთო რეაქცია შემდეგნაირად ხდება: ნახშირორჟანგი + მზის სხივი + წყალი> გლუკოზა (შაქარი) + მოლეკულური ჟანგბადი. ფოტოსინთეზი ხდება რამდენიმე საფეხურის გავლით, რომლებიც ხდება ორი ეტაპის განმავლობაში: სინათლის ფაზა და ბნელი ფაზა.
ეტაპი პირველი: მსუბუქი რეაქციები
სინათლეზე დამოკიდებულ პროცესში, რომელიც მიმდინარეობს გრანაში, დაწყობილი მემბრანის სტრუქტურა ქლოროპლასტებში, სინათლის პირდაპირი ენერგია ეხმარება მცენარეს, შექმნას მოლეკულები, რომლებიც ენერგიას ატარებენ სარგებლობისთვის ბნელ ფაზაში ფოტოსინთეზი. ქარხანა იყენებს სინათლის ენერგიას კოზიტმენტის, ნიკოტინამიდის ადენინის დინუკლეოტიდის ფოსფატის, ან NADPH და ATP წარმოქმნისთვის, ენერგიის მატარებელი მოლეკულების წარმოსაქმნელად. ამ ნაერთებში არსებული ქიმიური ბმები ინახავს ენერგიას და გამოიყენება ბნელი ფაზის დროს.
მეორე ეტაპი: ბნელი რეაქციები
ბნელი ფაზა, რომელიც მიმდინარეობს სტრომაში და სიბნელეში, როდესაც ენერგიის მატარებელი მოლეკულებია, ასევე ცნობილია როგორც კალვინის ციკლი ან C3 ციკლი ბნელ ფაზაში გამოიყენება ATP და NADPH წარმოქმნილი სინათლის ფაზაში, რათა წარმოიქმნას ნახშირწყლების C-C კოვალენტური ობლიგაციები ნახშირორჟანგი და წყალი, ქიმიური ribulose biphosphate ან RuBP, 5-C ქიმიური ნივთიერება ნახშირბადის მიღებით დიოქსიდი ნახშირორჟანგის ექვსი მოლეკულა შემოდის ციკლში, რაც თავის მხრივ აწარმოებს ერთ მოლეკულას გლუკოზას ან შაქარს.
როგორ მუშაობს ფოტოსინთეზი
ძირითადი კომპონენტი, რომელიც ასტიმულირებს ფოტოსინთეზს, არის მოლეკულა ქლოროფილი. ქლოროფილი დიდი მოლეკულაა, რომელსაც აქვს სპეციალური სტრუქტურა, რომელიც საშუალებას აძლევს მას აითვისოს სინათლის ენერგია და აქციოს იგი მაღალი ენერგიის ელექტრონები, რომლებიც გამოიყენება ორი ფაზის რეაქციების დროს საბოლოოდ შაქრის წარმოქმნისთვის გლუკოზა
ფოტოსინთეზულ ბაქტერიებში რეაქცია ხდება უჯრედის მემბრანაში და უჯრედის შიგნით, მაგრამ ბირთვის გარეთ. მცენარეებსა და ფოტოსინთეზურ პროტოზოებში - პროტოზოანები ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია, რომლებიც ევკარიოტს მიეკუთვნებიან domain, ცხოვრების იგივე სფერო, რომელიც მოიცავს მცენარეებს, ცხოველებსა და სოკოებს - ფოტოსინთეზი ხდება შიგნით ქლოროპლასტები. ქლოროპლასტები არის ორგანელეს ან მემბრანის შეკრული განყოფილებები, რომლებიც ადაპტირებულია სპეციფიკური ფუნქციებისათვის, როგორიცაა მცენარეებისთვის ენერგიის შექმნა.
ქლოროპლასტები - ევოლუციური ზღაპარი
მიუხედავად იმისა, რომ ქლოროპლასტები დღეს სხვა უჯრედებში არსებობს, მაგალითად, მცენარეული უჯრედები, მათ აქვთ საკუთარი დნმ და გენები. ამ გენების თანმიმდევრობის ანალიზმა ცხადყო, რომ ქლოროპლასტები წარმოიშვა დამოუკიდებლად ცოცხალი ფოტოსინთეზური ორგანიზმებიდან, რომლებიც დაკავშირებულია ბაქტერიების ჯგუფთან, ციანობაქტერიებთან.
მსგავსი პროცესი მოხდა მაშინ, როდესაც მიტოქონდრიის წინაპრები, უჯრედში შემავალი ორგანელები, სადაც ხდება ჟანგვითი სუნთქვა, ფოტოსინთეზის საწინააღმდეგო ქიმიური ნივთიერება. ენდოსიმბიოზის თეორიის თანახმად, თეორია, რომელიც ცოტა ხნის წინ დაეხმარა ჟურნალ Nature- ში გამოქვეყნებული ახალი კვლევის გამო, ორივე ქლოროპლასტი და მიტოქონდრია ოდესღაც დამოუკიდებელ ბაქტერიებად ცხოვრობდა, მაგრამ ევკარიოტების წინაპრებში იყო მოქცეული, რაც საბოლოოდ მცენარეთა გაჩენას და ცხოველები.