Svetlobne reakcije se pojavijo, ko rastline sintetizirajo hrano iz ogljikovega dioksida in vode, pri čemer se posebej sklicujejo na del proizvodnje energije, ki za pridobivanje elektronov, potrebnih za nadaljnjo uporabo, zahteva svetlobo in vodo sinteza. Voda zagotavlja elektrone tako, da se razcepi na vodikove in kisikove atome. Atomi kisika se združijo v kovalentno vezano molekulo kisika dveh atomov kisika, medtem ko atomi vodika postanejo vodikovi ioni z vsakim rezervnim elektronom.
Kot del fotosinteze rastline sproščajo kisik - kot plin - v ozračje, medtem ko elektroni in vodikovi ioni ali protoni reagirajo naprej. Te reakcije za nadaljevanje ne potrebujejo več svetlobe, v biologiji pa so znane kot temne reakcije. Elektroni in protoni gredo skozi zapleteno transportno verigo, ki rastlini omogoča, da vodik in ogljik iz ozračja kombinira, da tvori ogljikove hidrate.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Svetlobne reakcije - svetlobna energija v prisotnosti klorofila - razcepi vodo. Razdelitev vode v kisikov plin, vodikove ione in elektrone proizvaja energijo za nadaljnji prenos elektronov in protonov ter zagotavlja energijo za proizvodnjo sladkorjev, ki jih rastlina potrebuje. Te nadaljnje reakcije tvorijo Calvinov cikel.
Kako voda zagotavlja elektrone za fotosintezo
Zelene rastline, ki s pomočjo fotosinteze proizvajajo energijo za rast, vsebujejo klorofil. Molekula klorofila je ključna sestavina fotosinteze, saj je sposobna absorbirati energijo iz svetlobe na začetku svetlobnih reakcij. Molekula absorbira vse svetlobne barve, razen zelene, ki jo odbija in zato so rastline videti zelene.
V svetlobnih reakcijah molekula klorofila absorbira en foton svetlobe, zaradi česar se klorofilni elektron prenese na višjo raven energije. Energizirani elektroni iz molekul klorofila tečejo po transportni verigi do spojine, imenovane nikotinamid adenin dinukleotid fosfat ali NADP. Klorofil nato nadomesti izgubljene elektrone iz molekul vode. Atomi kisika tvorijo kisikov plin, medtem ko atomi vodika tvorijo protone in elektrone. Elektroni napolnijo molekule klorofila in omogočajo nadaljevanje procesa fotosinteze.
Calvinov cikel
Calvinov cikel uporablja energijo, ki jo proizvajajo svetlobne reakcije, za izdelavo ogljikovih hidratov, ki jih rastlina potrebuje. Svetlobne reakcije proizvajajo NADPH, ki je NADP z elektronom in vodikovim ionom ter adenozin trifosfat ali ATP. Med kalvinovim ciklom rastlina z NADPH in ATP fiksira ogljikov dioksid. Postopek uporablja ogljik iz atmosferskega ogljikovega dioksida za proizvodnjo ogljikovih hidratov v obliki CH2O. Produkt Calvinovega cikla je glukoza, C6H12O6.
Konec verige prenosa elektronov, ki daje rastlinam energijo za tvorbo ogljikovih hidratov, zahteva sprejetje elektronov za regeneracijo osiromašenega ATP. Hkrati s fotosintezo rastline absorbirajo nekaj kisika v procesu, imenovanem dihanje. Pri dihanju postane kisik končni akceptor elektronov.
Na primer v kvasnih celicah lahko tvorijo ATP tudi v odsotnosti kisika. Če ni na voljo kisika, dihanje ne more potekati in te celice sodelujejo v drugem postopku, imenovanem fermentacija. Pri fermentaciji so končni sprejemniki elektronov spojine, ki proizvajajo ione, kot so sulfatni ali nitratni ioni. V nasprotju z zelenimi rastlinami takšne celice ne potrebujejo svetlobe in svetlobne reakcije ne potekajo.