Fotosintēze atspoguļo bioloģisko procesu, kurā augi gaismas enerģiju pārvērš cukurā, lai degtu augu šūnas. Sastāv no diviem posmiem, viens posms gaismas enerģiju pārvērš cukurā, un pēc tam šūnu elpošana cukuru pārvērš par adenozīna trifosfātu, kas pazīstams kā ATP, kā degviela visai šūnu dzīvībai. Nelietojamas saules gaismas pārveidošana padara augus zaļus.
Kamēr fotosintēzes mehānismi ir sarežģīti, kopējā reakcija notiek šādi: oglekļa dioksīds + saules gaisma + ūdens> glikoze (cukurs) + molekulārais skābeklis. Fotosintēze notiek vairākos posmos, kas notiek divos posmos: gaismas fāzē un tumšajā fāzē.
Pirmais posms: gaismas reakcijas
No gaismas atkarīgajā procesā, kas notiek granā, hloroplastu sakrautajā membrānas struktūrā tiešā gaismas enerģija palīdz augam izveidot molekulas, kas nes enerģiju izmantošanai tumšajā fāzē fotosintēze. Augs izmanto gaismas enerģiju, lai radītu ko-enzīmu Nikotinamīda adenīna dinukleotīda fosfātu jeb NADPH un ATP - molekulas, kas pārvadā enerģiju. Šajos savienojumos esošās ķīmiskās saites uzkrāj enerģiju un tiek izmantotas tumšajā fāzē.
Otrais posms: tumšās reakcijas
Tumšā fāze, kas notiek stromā un tumsā, kad atrodas molekulas, kas pārvadā enerģiju, ir pazīstama arī kā Kalvina cikls vai C3 cikls. Tumšajā fāzē izmanto gaismas fāzē radušos ATP un NADPH, lai izveidotu C-C kovalentās ogļhidrātu saites no oglekļa dioksīds un ūdens ar ķīmisko vielu ribulozes bifosfātu vai RuBP, 5-C ķīmisko vielu, kas uztver oglekli dioksīds. Ciklā nonāk sešas oglekļa dioksīda molekulas, kas savukārt ražo vienu glikozes vai cukura molekulu.
Kā darbojas fotosintēze
Galvenā fotosintēzes sastāvdaļa ir hlorofila molekula. Hlorofils ir liela molekula ar īpašu struktūru, kas tai ļauj uztvert gaismas enerģiju un pārvērst to augstas enerģijas elektroni, kurus izmanto divu fāžu reakciju laikā, lai galu galā iegūtu cukuru vai glikoze.
Fotosintētiskajās baktērijās reakcija notiek šūnu membrānā un šūnā, bet ārpus kodola. Augos un fotosintētiskos vienšūņos - vienšūņi ir vienšūnas organismi, kas pieder eikariotam domēns, tā pati dzīves joma, kurā ietilpst augi, dzīvnieki un sēnītes - fotosintēze notiek hloroplasts. Hloroplasti ir organellu vai ar membrānu saistītu nodalījumu veids, kas pielāgoti īpašām funkcijām, piemēram, enerģijas radīšanai augiem.
Hloroplasti - evolūcijas pasaka
Kaut arī hloroplasti šodien pastāv citās šūnās, piemēram, augu šūnās, tiem ir savs DNS un gēni. Analizējot šo gēnu secību, atklājās, ka hloroplasti attīstījās no patstāvīgi dzīvojošiem fotosintētiskiem organismiem, kas saistīti ar baktēriju grupu, ko sauc par cianobaktērijām.
Līdzīgs process notika, kad mitohondriju priekšteči - organoļi šūnās, kur notiek oksidatīvā elpošana, kas ir fotosintēzes ķīmiskais pretstats. Saskaņā ar endosimbiozes teoriju, teorija, kurai nesen tika dots stimuls, žurnālā Nature publicētā jaunā pētījuma dēļ abi hloroplasti un mitohondriji kādreiz dzīvoja kā neatkarīgas baktērijas, bet tos pārņēma eikariotu senči, kas galu galā noveda pie augu un dzīvnieki.