Fotosynteza to proces przekształcania światła słonecznego w energię chemiczną poprzez przechowywanie go w wiązaniach glukozy lub cukru. Proces ten zachodzi w roślinach, bakteriach i niektórych protistach lub algach w celu produkcji cukru jako pożywienia. Chlorofil obecny w liściach roślin fotosyntetycznych wychwytuje energię ze światła słonecznego i przekształca ją w węglowodany. Fotosynteza wykorzystuje dwutlenek węgla (CO2) i wodę jako surowiec do produkcji cukru i uwalniania tlenu jako produktu ubocznego.
Struktura biologiczna
Fotosynteza zachodzi przede wszystkim w liściach i łodygach. Typowy liść obejmuje górny i dolny naskórek, wiązki naczyniowe, mezofil i stomat lub pory roślinne. Górny i dolny naskórek stanowią ochronę liścia. Szparki to pory w dolnej części naskórka, które działają jako przejście dla CO2 i powietrza. Wiązki naczyniowe przenoszą wodę, minerały i składniki odżywcze wokół rośliny. Mezofil zawiera chloroplast w swojej błonie tylakoidowej. To miejsce, w którym zachodzi fotosynteza.
Wystąpienie reakcji chemicznej
Całkowitą reakcję chemiczną podczas fotosyntezy można zapisać jako „6H2O + 6CO2 > C6H12O6+ 6O2”. Proces przebiega dwuetapowo. Pierwszym etapem jest reakcja światła, z której powstają cząsteczki o wysokiej energii. Energia zebrana w reakcji świetlnej jest magazynowana w komórkach w postaci substancji chemicznej zwanej ATP lub trifosforanem adenozyny. Drugi etap fotosyntezy nazywa się reakcją cyklu Calvina.
Reakcja cyklu Calvina
W tej części reakcji energia chemiczna zmagazynowana w ATP jest wykorzystywana do produkcji cukru z CO2 poprzez reakcje enzymatyczne lub enzymatyczne. Początkowo CO2 reaguje z pięciowęglowym związkiem zwanym bisfosforanem rybulozy (RuBP), katalizowanym przez enzymatyczna oksygenaza karboksylazy do produkcji stabilnego, trójwęglowego związku zwanego fosfoglicerynianem (PGA). Energia wychwycona w ATP przekształca PGA w 3-fosforan gliceraldehydu (G3P), który jest przekształcany w inne związki organiczne.
Czynniki ograniczające fotosyntezę
Fotosynteza jest silnie zdeterminowana przez takie czynniki jak natężenie światła, składniki odżywcze gleby, dostępność wody, temperatura i stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Obniżenie poziomu wody zmniejsza wilgoć z gleby i zamyka aparaty szparkowe. Ogranicza to dyfuzję dwutlenku węgla i wpływa na fotosyntezę.