Fotosintezė atspindi biologinį procesą, kurio metu augalai šviesos energiją paverčia cukrumi į augalų ląsteles. Sudarytas iš dviejų etapų, vienas etapas šviesos energiją paverčia cukrumi, o po to ląstelių kvėpavimas cukrų paverčia adenozino trifosfatu, žinomu kaip ATP, kuris yra viso ląstelių gyvenimo kuras. Nenaudojamos saulės šviesos pavertimas augalais tampa žalias.
Nors fotosintezės mechanizmai yra sudėtingi, bendra reakcija vyksta taip: anglies dioksidas + saulės šviesa + vanduo> gliukozė (cukrus) + molekulinis deguonis. Fotosintezė vyksta keliais etapais, vykstančiais per du etapus: šviesos ir tamsiosios fazės.
Pirmas etapas: šviesos reakcijos
Nuo šviesos priklausomame procese, kuris vyksta granoje, chloroplastuose sukrautoje membranos struktūroje, tiesioginė šviesos energija padeda augalui gaminti molekules, kurios neša energiją tamsiojoje fazėje fotosintezė. Augalas naudoja šviesos energiją generuodamas kofermentą Nikotinamido adenino dinukleotido fosfatą arba NADPH ir ATP - energiją nešančias molekules. Šiuose junginiuose esantys cheminiai ryšiai kaupia energiją ir naudojami tamsiojoje fazėje.
Antrasis etapas: tamsios reakcijos
Tamsi fazė, vykstanti stromoje ir tamsoje, kai yra energijos nešančios molekulės, taip pat žinoma kaip Kalvino ciklas arba C3 ciklas. Tamsioji fazė naudoja šviesos fazėje susidariusius ATP ir NADPH, kad gautų C-C kovalentinius angliavandenių ryšius iš anglies dioksidas ir vanduo su chemine medžiaga ribulozės bifosfatas arba RuBP, 5-C cheminė medžiaga, sulaikanti anglį dioksidas. Į ciklą patenka šešios anglies dioksido molekulės, kurios savo ruožtu gamina vieną gliukozės ar cukraus molekulę.
Kaip veikia fotosintezė
Pagrindinis komponentas, lemiantis fotosintezę, yra chlorofilo molekulė. Chlorofilas yra didelė molekulė, turinti ypatingą struktūrą, leidžiančią užfiksuoti šviesos energiją ir ją paversti didelės energijos elektronai, kurie naudojami dviejų fazių reakcijų metu galutinai gaminant cukrų arba gliukozės.
Fotosintetinėse bakterijose reakcija vyksta ląstelės membranoje ir ląstelės viduje, bet už branduolio ribų. Augaluose ir fotosinteziniuose pirmuoniuose - pirmuonys yra vienaląsčiai organizmai, priklausantys eukariotui domenas, ta pati gyvenimo sritis, apimanti augalus, gyvūnus ir grybus - fotosintezė vyksta viduje chloroplastai. Chloroplastai yra tam tikras organelių arba su membrana susietų skyrių tipas, pritaikytas specifinėms funkcijoms, pavyzdžiui, augalų energijos kūrimui.
Chloroplastai - evoliucinė pasaka
Nors chloroplastai šiandien egzistuoja kitose ląstelėse, pavyzdžiui, augalų ląstelėse, jie turi savo DNR ir genus. Išanalizavus šių genų seką paaiškėjo, kad chloroplastai išsivystė iš savarankiškai gyvenančių fotosintetinių organizmų, susijusių su bakterijų grupe, vadinama cianobakterijomis.
Panašus procesas įvyko, kai mitochondrijų, ląstelių organelių protėviai, kuriuose vyksta oksidacinis kvėpavimas, cheminė fotosintezės priešingybė. Remiantis endosimbiozės teorija, teorija, kuri neseniai buvo pagreitinta dėl naujo žurnale „Nature“ paskelbto tyrimo, abu chloroplastai ir mitochondrijos kadaise gyveno kaip nepriklausomos bakterijos, tačiau buvo įsisavintos eukariotų protėviuose, o tai galiausiai paskatino augalų ir gyvūnai.