Hvordan oksygengass produseres under fotosyntese?

Fotosyntese er prosessen der planter og noen bakterier og protister syntetiserer sukkermolekyler fra karbondioksid, vann og sollys. Fotosyntese kan deles inn i to trinn - den lysavhengige reaksjonen og de lysuavhengige (eller mørke) reaksjonene. Under lysreaksjonene blir et elektron fjernet fra et vannmolekyl som frigjør oksygen og hydrogenatomer. Det frie oksygenatomet kombineres med et annet fritt oksygenatom for å produsere oksygengass som deretter frigjøres.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Oksygenatomer dannes under lysprosessen med fotosyntese, og to oksygenatomer kombineres for å danne oksygengass.

Hovedformålet med lysreaksjonene i fotosyntese er å generere energi til bruk i mørke reaksjoner. Energien høstes fra sollys som overføres til elektroner. Når elektronene passerer gjennom en rekke molekyler, dannes en protongradient membraner. Protonene strømmer tilbake over membranen gjennom et enzym kalt ATP-syntase som genererer ATP, et energimolekyl, brukt i mørke reaksjoner der karbondioksid brukes til å lage sukker. Denne prosessen kalles fotofosfororylering.

Syklisk og ikke-syklisk fotofosforylering refererer til kilden og destinasjonen til elektronet som brukes til å generere protongradienten og i sin tur ATP. Ved syklisk fotofosforlering resirkuleres elektronen tilbake til et fotosystem der det får strøm på nytt og gjentar sin reise gjennom lysreaksjonene. Imidlertid, ved ikke-syklisk fotofosforylering, er elektronets siste trinn i etableringen av et NADPH-molekyl som også brukes i mørke reaksjoner. Dette krever inngang fra et nytt elektron for å gjenta lysreaksjonene. Behovet for dette elektronet resulterer i dannelsen av oksygen fra vannmolekyler.

I fotosyntetiske eukaryoter som alger og planter forekommer fotosyntese i en spesialisert celleorganell som kalles en kloroplast. Innenfor kloroplastene er det tylakoidmembraner som gir et indre og ytre miljø for fotosyntese. Thylakoidmembranene er tilstede i alle fotosyntetiske organismer, inkludert bakterier, men bare eukaryoter huser disse membranene i kloroplaster. Fotosyntese begynner i fotosystemer plassert i tylakoidmembranene. Etter hvert som lysreaksjonene til fotosyntese utvikler seg, pakkes protoner i membranrommene og skaper en protongradient over membranen.

Fotosystemer er komplekse strukturer som involverer pigmenter lokalisert i tylakoidmembranen som gir energi til elektroner ved hjelp av lysenergi. Hvert pigment er innstilt på en bestemt del av lysspekteret. Det sentrale pigmentet er klorofyll? som tjener en ekstra rolle for å samle elektronet som brukes i påfølgende lysreaksjoner. I sentrum av klorofyll? er ioner som binder seg til vannmolekyler. Når klorofyll aktiverer et elektron og sender elektronet utenfor fotosystemet til ventende reseptormolekyler, erstattes elektronet fra vannmolekylene.

Når elektroner blir fjernet fra vannmolekyler, brytes vannet inn i komponentatomer. Oksygenatomene fra to vannmolekyler kombineres for å danne diatomisk oksygen (O₂). Hydrogenatomene, som er enkeltprotoner som mangler elektronene, hjelper til med å skape protongradienten i rommet som er omsluttet av tylakoidmembranen. Det diatomiske oksygen frigjøres og klorofyllsenteret binder seg til nye vannmolekyler for å gjenta prosessen. På grunn av reaksjonene som er involvert, må fire elektroner få energi fra klorofyllen for å generere et enkelt oksygenmolekyl.