Kā fotosintēzes laikā rodas skābekļa gāze?

Fotosintēze ir process, kurā augi un dažas baktērijas un protisti sintezē cukura molekulas no oglekļa dioksīda, ūdens un saules gaismas. Fotosintēzi var iedalīt divos posmos - no gaismas atkarīgā reakcija un no gaismas neatkarīgā (vai tumšā) reakcija. Gaismas reakciju laikā elektrons tiek noņemts no ūdens molekulas, atbrīvojot skābekļa un ūdeņraža atomus. Brīvais skābekļa atoms apvienojas ar citu brīvo skābekļa atomu, radot skābekļa gāzi, kas pēc tam tiek atbrīvota.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Skābekļa atomi rodas fotosintēzes vieglā procesa laikā, un divi skābekļa atomi pēc tam apvienojas, veidojot skābekļa gāzi.

Gaismas reakciju galvenais mērķis fotosintēzē ir enerģijas radīšana izmantošanai tumsas reakcijās. Enerģija tiek iegūta no saules gaismas, kas tiek pārnesta uz elektroniem. Kad elektroni iziet cauri molekulu virknei, protonu gradients veido membrānas. Protoni plūst atpakaļ caur membrānu caur fermentu, ko sauc par ATP sintāzi, kas rada ATP, enerģijas molekulu, ko izmanto tumšās reakcijās, kur oglekļa dioksīdu izmanto cukura ražošanai. Šo procesu sauc par fotofosforilēšanu.

Cikliskā un necikliskā fotofosforilēšana attiecas uz elektrona avotu un galamērķi, ko izmanto protonu gradienta un savukārt ATP ģenerēšanai. Cikliskā fotofosforlācijā elektrons tiek pārstrādāts atpakaļ uz fotosistēmu, kur tas tiek atkārtoti barots un atkārto savu ceļu caur gaismas reakcijām. Tomēr necikliskajā fotofosforilēšanā elektrona pēdējais solis ir izveidot NADPH molekulu, ko izmanto arī tumšajās reakcijās. Tas prasa jauna elektrona ievadīšanu, lai atkārtotu gaismas reakcijas. Nepieciešamība pēc šī elektrona rada skābekļa veidošanos no ūdens molekulām.

Fotosintētiskos eikariotos, piemēram, aļģēs un augos, fotosintēze notiek specializētā šūnu organellā, ko sauc par hloroplastu. Hloroplastu iekšpusē ir tilakoīdu membrānas, kas nodrošina fotosintēzes iekšējo un ārējo vidi. Tilakoīdu membrānas ir visos fotosintētiskajos organismos, ieskaitot baktērijas, taču hloroplastos šīs membrānas ievieto tikai eikarioti. Fotosintēze sākas fotosistēmās, kas atrodas tilakoīdu membrānās. Kamēr fotosintēzes gaismas reakcijas attīstās, protoni tiek iesaiņoti membrānas telpās, izveidojot protonu gradientu visā membrānā.

Fotosistēmas ir sarežģītas struktūras, kurās iesaistīti tilakoidā membrānā esošie pigmenti, kas enerģiju nodrošina elektroniem, izmantojot gaismas enerģiju. Katrs pigments tiek pieskaņots noteiktai gaismas spektra daļai. Centrālais pigments ir hlorofils? kas kalpo papildu lomai elektrona savākšanā, kas tiek izmantots turpmākajās gaismas reakcijās. Hlorofila centra robežās? ir joni, kas saistās ar ūdens molekulām. Kad hlorofils aktivizē elektronu un nosūta elektronu ārpus fotosistēmas gaidošajām receptoru molekulām, elektrons tiek aizstāts no ūdens molekulām.

Kad elektroni tiek atdalīti no ūdens molekulām, ūdens tiek sadalīts komponentu atomos. Skābekļa atomi no divām ūdens molekulām apvienojas, veidojot diatomisko skābekli (O₂). Ūdeņraža atomi, kas ir atsevišķi protoni, kuriem trūkst elektronu, palīdz radīt protonu gradientu telpā, ko norobežo tilakoīda membrāna. Diatomiskais skābeklis tiek atbrīvots, un hlorofila centrs saistās ar jaunām ūdens molekulām, lai atkārtotu procesu. Iesaistīto reakciju dēļ hlorofilam jāpiespiež četri elektroni, lai radītu vienu skābekļa molekulu.