Jak powstaje gaz tlenowy podczas fotosyntezy?

Fotosynteza to proces, w którym rośliny oraz niektóre bakterie i protisty syntetyzują cząsteczki cukru z dwutlenku węgla, wody i światła słonecznego. Fotosyntezę można podzielić na dwa etapy – reakcję zależną od światła i reakcję niezależną od światła (lub ciemną). Podczas reakcji świetlnych elektron zostaje wyrwany z cząsteczki wody, uwalniając atomy tlenu i wodoru. Wolny atom tlenu łączy się z innym wolnym atomem tlenu, tworząc gazowy tlen, który jest następnie uwalniany.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Atomy tlenu powstają podczas lekkiego procesu fotosyntezy, a następnie dwa atomy tlenu łączą się, tworząc gazowy tlen.

Podstawowym celem reakcji świetlnych w fotosyntezie jest generowanie energii do wykorzystania w reakcjach ciemnych. Energia jest pozyskiwana ze światła słonecznego, które jest przenoszone na elektrony. Gdy elektrony przechodzą przez szereg cząsteczek, membrany tworzą gradient protonów. Protony przepływają z powrotem przez błonę przez enzym zwany syntazą ATP, który generuje ATP, cząsteczkę energii, stosowaną w ciemnych reakcjach, w których do produkcji cukru wykorzystywany jest dwutlenek węgla. Proces ten nazywa się fotofosforylacją.

Cykliczna i niecykliczna fotofosforylacja odnosi się do źródła i miejsca przeznaczenia elektronu używanego do generowania gradientu protonów, a następnie ATP. W cyklicznej fotofosforacji elektron jest zawracany z powrotem do fotosystemu, gdzie jest ponownie zasilany i powtarza swoją podróż przez reakcje świetlne. Jednak w niecyklicznej fotofosforylacji, ostatnim krokiem elektronu jest stworzenie cząsteczki NADPH, wykorzystywanej również w reakcjach ciemnych. Wymaga to wprowadzenia nowego elektronu, aby powtórzyć reakcje świetlne. Zapotrzebowanie na ten elektron powoduje powstawanie tlenu z cząsteczek wody.

W fotosyntetycznych eukariontach, takich jak glony i rośliny, fotosynteza zachodzi w wyspecjalizowanych organellach komórkowych zwanych chloroplastami. W chloroplastach znajdują się błony tylakoidowe, które zapewniają wewnętrzne i zewnętrzne środowisko dla fotosyntezy. Błony tylakoidów są obecne we wszystkich organizmach fotosyntetycznych, w tym bakteriach, ale tylko eukariota przechowują te błony w chloroplastach. Fotosynteza rozpoczyna się w fotosystemach znajdujących się w błonach tylakoidów. W miarę postępu reakcji świetlnych w fotosyntezie protony są upakowane w przestrzeniach błonowych, tworząc gradient protonów w poprzek błony.

Fotosystemy to złożone struktury angażujące pigmenty znajdujące się w błonie tylakoidów, które energetyzują elektrony za pomocą energii świetlnej. Każdy pigment jest dostrojony do określonej części widma światła. Centralnym pigmentem jest chlorofil? który pełni dodatkową rolę polegającą na zbieraniu elektronu, który jest wykorzystywany w kolejnych reakcjach świetlnych. W centrum chlorofilu? to jony, które wiążą się z cząsteczkami wody. Ponieważ chlorofil pobudza elektron i wysyła go poza fotosystem do oczekujących cząsteczek receptora, elektron jest zastępowany przez cząsteczki wody.

Gdy elektrony są usuwane z cząsteczek wody, woda jest rozbijana na atomy składowe. Atomy tlenu z dwóch cząsteczek wody łączą się, tworząc tlen dwuatomowy (O₂). Atomy wodoru, które są pojedynczymi protonami pozbawionymi swoich elektronów, pomagają w tworzeniu gradientu protonów w przestrzeni zamkniętej przez błonę tylakoidów. Dwuatomowy tlen zostaje uwolniony, a centrum chlorofilu wiąże się z nowymi cząsteczkami wody, aby powtórzyć proces. Ze względu na zachodzące reakcje, cztery elektrony muszą zostać pobudzone przez chlorofil, aby wygenerować pojedynczą cząsteczkę tlenu.