Sekwencja etapów fotosyntezy

Fotosynteza, proces, w którym organizm przekształca energię świetlną i dwutlenek węgla w węglowodany i tlen, zachodzi we wszystkich roślinach zielonych, a także w niektórych grzybach i organizmach jednokomórkowych. Większość etapów fotosyntezy zachodzi w pigmentach zwanych chlorofilem. Fotosynteza wykorzystuje energię słoneczną, a także dwutlenek węgla i wodę ze środowiska rośliny do produkcji glukozy.

Fotosynteza wytwarza również tlen jako produkt uboczny. Prawie cały tlen atmosferyczny jest wynikiem fotosyntezy przeprowadzanej przez fitoplankton w oceanie. Fotosynteza składa się z dwóch głównych etapów: reakcji fotosyntezy zależnych od światła i reakcji niezależnych od światła.

Chloroplasty to organelle, w których we wszystkich roślinach zachodzi fotosynteza. Uważa się, że we wczesnych stadiach życia chloroplasty istniały jako osobna jednostka. Zostały następnie pochłonięte przez większe komórki i stały się czymś, co znamy jako organelle. Nazywa się to teorią endosymbiotyczną.
Przeczytaj więcej o strukturze i funkcji chloroplastu.

Etapy fotosyntezy można podsumować następującym równaniem:

6 CO2 (dwutlenek węgla) + 6 H2O (woda) + Energia = C6H12O6 (glukoza) + 6 O2 (tlen).

Węgiel z dwutlenku węgla łączy się z wodorem i tlenem z wody, tworząc glukozę, z tlenem i wodą jako produktami ubocznymi. Proces obejmuje kilka etapów pośrednich i wymaga do przeprowadzenia różnych mechanizmów komórkowych. To również pokazuje ogólny porządek fotosyntezy.

Dwutlenek węgla musi przedostać się z atmosfery do chloroplastów roślin zielonych, w których zachodzi fotosynteza. Dwutlenek węgla i woda przedostają się do organizmów jednokomórkowych i roślin wodnych przez prostą dyfuzję. Rośliny lądowe mają wyspecjalizowane struktury zwane aparatami szparkowymi, które działają jak małe zawory, które umożliwiają wpuszczanie i wypuszczanie gazów.

Woda jest przenoszona z gleby do roślin lądowych przez korzenie i transportowana przez tkanki naczyniowe. Światło jest wychwytywane głównie przez liście roślin, których kształt ewoluował, aby wychwytywać energię słoneczną z maksymalną wydajnością w odrębnym środowisku każdego gatunku.

Następne w kolejności fotosyntezy są reakcje zależne od światła. Podczas zależnych od światła reakcji fotosyntezy energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną. Światło napędza rozszczepianie cząsteczek wody na wodór, tlen i wolne elektrony.

Wolne elektrony są wykorzystywane do ładowania cząsteczek nośników energii, takich jak trifosforan adenozyny, zwany również ATP i fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego, zwany również NADP. Istnieje kilka szlaków molekularnych, za pomocą których energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną, w tym cykliczna fotofosforylacja i niecykliczna fotofosforylacja.
Przeczytaj więcej o reakcjach zależnych od światła.

Następne w kolejności fotosyntezy są reakcje niezależne od światła. Podczas tych reakcji produkty reakcji lekkiej są wykorzystywane do tworzenia węglowodanów. Dwutlenek węgla z atmosfery jest wychwytywany i wiązany z wodorowym składnikiem wody cząsteczki rozdzielają się podczas lekkiej reakcji, a węglowodany powstają w procesie zwanym Calvin Cykl. Ta część fotosyntezy jest również znana jako wiązanie węgla, ważny czynnik utrzymujący stały poziom dwutlenku węgla w atmosferze.

Glukoza jest rozpuszczalna w wodzie i rozpuszcza się w płynach wewnętrznych rośliny. Glukoza jest usuwana z liści i dystrybuowana do reszty rośliny poprzez dyfuzję w prostych roślinach oraz przez tkanki naczyniowe w bardziej złożonych roślinach. Glukoza może być wtedy wykorzystana natychmiast lub przechowywana.

Rośliny zatrzymują pewną ilość tlenu w swoich tkankach do późniejszego wykorzystania podczas metabolizowania zmagazynowanej glukozy w procesie chemicznym podobnym do oddychania zwierząt. Rośliny muszą zatem bardziej fotosyntetyzować niż oddychać. Nadmiar tlenu jest uwalniany w ten sam sposób, w jaki pobierany jest dwutlenek węgla, przez zwykłą dyfuzję lub przez aparaty szparkowe rośliny.