Fotosinteza predstavlja biološki postopek, s katerim rastline pretvarjajo svetlobno energijo v sladkor za gorivo rastlinskih celic. Sestavljen iz dveh stopenj, ena stopnja pretvori svetlobno energijo v sladkor, nato pa celično dihanje pretvori sladkor v adenozin trifosfat, znan kot ATP, gorivo za vse celično življenje. Pretvorba neuporabne sončne svetlobe naredi rastline zelene.
Medtem ko so mehanizmi fotosinteze zapleteni, se celotna reakcija pojavi na naslednji način: ogljikov dioksid + sončna svetloba + voda> glukoza (sladkor) + molekularni kisik. Fotosinteza poteka skozi več korakov, ki se zgodijo v dveh fazah: svetlobni fazi in temni fazi.
Prva stopnja: svetlobne reakcije
V postopku, odvisnem od svetlobe, ki poteka v grani, je zložena membranska struktura znotraj kloroplastov Neposredna svetlobna energija pomaga rastlini, da tvori molekule, ki nosijo energijo za izrabo v temni fazi fotosinteza. Rastlina uporablja svetlobno energijo za tvorbo koencima nikotinamid adenin dinukleotid fosfat ali molekul NADPH in ATP, ki prenašajo energijo. Kemične vezi v teh spojinah shranjujejo energijo in se uporabljajo v temni fazi.
Druga stopnja: Temne reakcije
Temna faza, ki poteka v stromi in v temi, ko so prisotne molekule, ki prenašajo energijo, je znana tudi kot Calvinov cikel ali C3 cikel. Temna faza uporablja ATP in NADPH, ki nastaneta v svetlobni fazi, za izdelavo C-C kovalentnih vezi ogljikovih hidratov iz ogljikov dioksid in voda, s kemikalijo ribuloza bifosfat ali RuBP, 5-C kemikalija, ki zajema ogljik dioksid. V cikel vstopi šest molekul ogljikovega dioksida, ki nato proizvede eno molekulo glukoze ali sladkorja.
Kako deluje fotosinteza
Ključna komponenta, ki poganja fotosintezo, je molekula klorofil. Klorofil je velika molekula s posebno strukturo, ki ji omogoča, da zajame svetlobno energijo in jo pretvori visokoenergijski elektroni, ki se med reakcijami obeh faz na koncu proizvedejo sladkor oz glukoza.
Pri fotosinteznih bakterijah reakcija poteka v celični membrani in znotraj celice, vendar zunaj jedra. V rastlinah in fotosintetičnih praživalih - protozoji so enocelični organizmi, ki spadajo v evkarion domena, ista domena življenja, ki vključuje rastline, živali in glive - znotraj nje poteka fotosinteza kloroplasti. Kloroplasti so vrsta organelov ali z membrano vezanih predelkov, prilagojeni za posebne funkcije, kot je ustvarjanje energije za rastline.
Kloroplasti - evolucijska zgodba
Čeprav kloroplasti danes obstajajo znotraj drugih celic, na primer rastlinskih celic, imajo svojo DNK in gene. Analiza zaporedja teh genov je pokazala, da so kloroplasti nastali iz neodvisno živečih fotosintetskih organizmov, povezanih s skupino bakterij, imenovano cianobakterije.
Podoben proces se je zgodil, ko so predniki mitohondrijev, organele znotraj celic, kjer poteka oksidativno dihanje, kemično nasprotje fotosinteze. Glede na teorijo endosimbioze, teorijo, ki se je nedavno spodbudila zaradi nove študije, objavljene v reviji Nature, sta oba kloroplasta in mitohondrije nekoč živele kot samostojne bakterije, vendar so jih zajeli predniki evkariontov, kar je na koncu pripeljalo do pojava rastlin in živali.