Fotosynteza reprezentuje proces biologiczny, w którym rośliny przekształcają energię świetlną w cukier, aby paliwo dla komórek roślinnych. Składa się z dwóch etapów, jeden etap przekształca energię świetlną w cukier, a następnie oddychanie komórkowe przekształca cukier w trójfosforan adenozyny, znany jako ATP, paliwo dla całego życia komórkowego. Konwersja bezużytecznego światła słonecznego sprawia, że rośliny stają się zielone.
Chociaż mechanizmy fotosyntezy są złożone, ogólna reakcja przebiega następująco: dwutlenek węgla + światło słoneczne + woda > glukoza (cukier) + tlen cząsteczkowy. Fotosynteza przebiega w kilku etapach, które występują w dwóch etapach: fazy jasnej i fazy ciemnej.
Etap pierwszy: reakcje świetlne
W procesie zależnym od światła, który zachodzi w granie, ułożona struktura membrany w chloroplastach, bezpośrednia energia światła pomaga roślinie wytwarzać cząsteczki przenoszące energię do wykorzystania w ciemnej fazie phase fotosynteza. Roślina wykorzystuje energię świetlną do wytwarzania koenzymu fosforanu dinukleotydu nikotynamidoadeninowego lub NADPH i ATP, cząsteczek przenoszących energię. Wiązania chemiczne w tych związkach magazynują energię i są wykorzystywane podczas fazy ciemnej.
Etap drugi: ciemne reakcje
Faza ciemna, która ma miejsce w zrębie i w ciemności, gdy obecne są cząsteczki przenoszące energię, jest również znana jako cykl Calvina lub C3 cykl. Faza ciemna wykorzystuje ATP i NADPH generowane w fazie jasnej do tworzenia wiązań kowalencyjnych węglowodanów C-C z dwutlenek węgla i woda, z chemicznym dwufosforanem rybulozy lub RuBP, związkiem chemicznym 5-C wychwytującym węgiel dwutlenek. W cykl wchodzi sześć cząsteczek dwutlenku węgla, które z kolei wytwarzają jedną cząsteczkę glukozy lub cukru.
Jak działa fotosynteza
Kluczowym składnikiem napędzającym fotosyntezę jest cząsteczka chlorofilu. Chlorofil to duża cząsteczka o specjalnej strukturze, która umożliwia wychwytywanie energii świetlnej i przekształcanie jej w elektrony o wysokiej energii, które są wykorzystywane podczas reakcji dwóch faz, aby ostatecznie wytworzyć cukier lub glukoza.
W bakteriach fotosyntetycznych reakcja zachodzi w błonie komórkowej i wewnątrz komórki, ale poza jądrem. W roślinach i fotosyntetycznych pierwotniakach — pierwotniaki to organizmy jednokomórkowe należące do eukariontów domena, ta sama domena życia, która obejmuje rośliny, zwierzęta i grzyby – fotosynteza zachodzi wewnątrz chloroplasty. Chloroplasty to rodzaj organelli lub przedziałów związanych z błoną, przystosowanych do określonych funkcji, takich jak wytwarzanie energii dla roślin.
Chloroplasty — opowieść ewolucyjna
Chociaż chloroplasty istnieją dziś w innych komórkach, takich jak komórki roślinne, mają własne DNA i geny. Analiza sekwencji tych genów wykazała, że chloroplasty wyewoluowały z niezależnie żyjących organizmów fotosyntetycznych spokrewnionych z grupą bakterii zwaną sinicami.
Podobny proces miał miejsce u przodków mitochondriów, organelli w komórkach, w których zachodzi oddychanie oksydacyjne, chemiczne przeciwieństwo fotosyntezy. Zgodnie z teorią endosymbiozy, która została ostatnio wzmocniona dzięki nowemu badaniu opublikowanemu w czasopiśmie Nature, oba chloroplasty a mitochondria żyły niegdyś jako niezależne bakterie, ale zostały pochłonięte przez przodków eukariontów, co ostatecznie doprowadziło do pojawienia się roślin i Zwierząt.