ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომლის დროსაც მცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია და პროტისტები სინთეზირებენ შაქრის მოლეკულებს ნახშირორჟანგიდან, წყალიდან და მზის სხივებიდან. ფოტოსინთეზი შეიძლება დაიყოს ორ ეტაპად - სინათლეზე დამოკიდებული რეაქცია და სინათლის დამოუკიდებელი (ან ბნელი) რეაქციები. სინათლის რეაქციების დროს ელექტრონს აშორებენ წყლის მოლეკულას, რომელიც ათავისუფლებს ჟანგბადისა და წყალბადის ატომებს. თავისუფალი ჟანგბადის ატომი აერთიანებს სხვა თავისუფალ ჟანგბადის ატომს და წარმოქმნის ჟანგბადის გაზს, რომელიც შემდეგ გამოიყოფა.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ჟანგბადის ატომები იქმნება ფოტოსინთეზის სინათლის პროცესში და შემდეგ ჟანგბადის ორი ატომი აერთიანებს და ქმნის ჟანგბადის გაზს.
მსუბუქი რეაქციები
ფოტოსინთეზში სინათლის რეაქციების ძირითადი მიზანი არის ენერგიის გამომუშავება ბნელ რეაქციებში გამოსაყენებლად. ენერგია მზის სხივებისგან მიიღება, რომელიც ელექტრონებს გადაეცემა. როგორც ელექტრონები გადიან მოლეკულების სერიაში, პროტონის გრადიენტი წარმოიქმნება მემბრანებად. პროტონები გარსით გადადიან მემბრანზე ფერმენტის მეშვეობით, რომელსაც ეწოდება ATP სინტაზა და წარმოქმნის ATP- ს, ენერგიის მოლეკულას, რომელიც გამოიყენება ბნელ რეაქციებში, სადაც ნახშირორჟანგი გამოიყენება შაქრის დასამზადებლად. ამ პროცესს ფოტოფოსფორილაცია ეწოდება.
ციკლური და არაციკლური ფოტოფოსფორილაცია
ციკლური და არაციკლური ფოტოფოსფორილაცია გულისხმობს ელექტრონის წყაროს და დანიშნულების ადგილს, რომელიც გამოიყენება პროტონის გრადიენტის წარმოსაქმნელად და თავის მხრივ ATP. ციკლური ფოტოფოსფორირებისას ელექტრონი გადამუშავდება დაუბრუნდება ფოტოსისტემას, სადაც ხდება მისი ენერგიის აღდგენა და იმეორებს სინათლის რეაქციების გავლას. ამასთან, არაციკლიკურ ფოტოფოსფორილაციაში, ელექტრონის საბოლოო ეტაპია NADPH მოლეკულის შექმნა, რომელიც ასევე გამოიყენება ბნელ რეაქციებში. ამისათვის საჭიროა ახალი ელექტრონის შეყვანა სინათლის რეაქციების გამეორებისთვის. ამ ელექტრონის საჭიროება იწვევს წყლის მოლეკულებისგან ჟანგბადის წარმოქმნას.
ქლოროპლასტები
ფოტოსინთეზულ ეუკარიოტებში, როგორიცაა წყალმცენარეები და მცენარეები, ფოტოინთეზი ხდება უჯრედის სპეციალიზებულ ორგანელში, რომელსაც ქლოროპლასტი ეწოდება. ქლოროპლასტებში არის თილაკოიდული მემბრანა, რომელიც უზრუნველყოფს შიდა და გარე გარემოს ფოტოსინთეზს. თილაკოიდული მემბრანა გვხვდება ყველა ფოტოსინთეზურ ორგანიზმში, ბაქტერიებშიც, მაგრამ მხოლოდ ეუკარიოტებს აქვთ ეს მემბრანა ქლოროპლასტებში. ფოტოსინთეზი იწყება თილაკოიდულ მემბრანებში მდებარე ფოტოსისტემებში. ფოტოსინთეზის სინათლის რეაქციების პროგრესირებასთან ერთად, პროტონები შეფუთულია მემბრანის სივრცეებში და ქმნის პროტონის გრადიენტს მემბრანის მასშტაბით.
ფოტოსისტემები
ფოტოსისტემები არის თილაკოიდული მემბრანის შიგნით მდებარე პიგმენტების ჩართვის რთული სტრუქტურები, რომლებიც ელექტრონებს ააქტიურებენ სინათლის ენერგიის გამოყენებით. თითოეული პიგმენტი ერწყმის სინათლის სპექტრის კონკრეტულ ნაწილს. ცენტრალური პიგმენტია ქლოროფილი? რომელიც ემსახურება ელექტრონის შეგროვების დამატებით როლს, რომელიც გამოიყენება მომდევნო სინათლის რეაქციებში. ქლოროფილის ცენტრში? არის იონები, რომლებიც წყლის მოლეკულებს უკავშირდება. მას შემდეგ, რაც ქლოროფილი ახდენს ელექტრონის ენერგიას და ელექტრონს აგზავნის ფოტოსისტემის გარეთ მოლოდინის რეცეპტორების მოლეკულებისკენ, ელექტრონი იცვლება წყლის მოლეკულებისგან.
ჟანგბადის წარმოქმნა
ელექტრონებს წყლის მოლეკულებისგან აშორებენ, წყალი იშლება კომპონენტურ ატომებად. ჟანგბადის ატომები წყლის ორი მოლეკულადან კომბინირდება და ქმნის დიატომიურ ჟანგბადს (O2). წყალბადის ატომები, რომლებიც ერთ პროტონს აკლია ელექტრონულად, ხელს უწყობენ პროტონის გრადიენტის შექმნას თილაკოიდული მემბრანის მიერ დახურულ სივრცეში. გამოიყოფა დიატომიური ჟანგბადი და ქლოროფილური ცენტრი უერთდება წყლის ახალ მოლეკულებს პროცესის გამეორების მიზნით. ჩართული რეაქციების გამო, ოთხი ელექტრონის ენერგია უნდა იქნას ქლოროფილით, ჟანგბადის ერთი მოლეკულის გამომუშავების მიზნით.