Fotosinteza je postopek, s katerim rastline in nekatere bakterije in protisti sintetizirajo molekule sladkorja iz ogljikovega dioksida, vode in sončne svetlobe. Fotosintezo lahko razdelimo na dve stopnji - svetlobno odvisna reakcija in svetlobno neodvisna (ali temna) reakcija. Med svetlobnimi reakcijami se elektron odvzame iz molekule vode, ki sprošča atome kisika in vodika. Prosti kisikov atom se kombinira z drugim prostim kisikovim atomom in tvori plin, ki se nato sprosti.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Atomi kisika nastanejo med svetlobnim postopkom fotosinteze, dva atoma kisika pa se nato združita in tvorita kisikov plin.
Svetlobne reakcije
Primarni namen svetlobnih reakcij pri fotosintezi je ustvarjanje energije za uporabo v temnih reakcijah. Energija se pridobiva iz sončne svetlobe, ki se prenese na elektrone. Ko elektroni prehajajo skozi vrsto molekul, se protonski gradient tvori v membranah. Protoni se skozi membrano pretakajo skozi encim, imenovan ATP sintaza, ki tvori ATP, energijsko molekulo, ki se uporablja v temnih reakcijah, kjer ogljikov dioksid tvori sladkor. Ta proces se imenuje fotofposforilacija.
Ciklična in neciklična fotofosforilacija
Ciklična in neciklična fotofosforilacija se nanašata na vir in cilj elektrona, ki se uporablja za ustvarjanje protonskega gradienta in posledično ATP. Pri ciklični fotofosforlaciji se elektron reciklira nazaj v fotosistem, kjer se znova energizira in ponovi svoje potovanje skozi svetlobne reakcije. Vendar pa je pri neciklični fotofosforilaciji zadnji korak elektrona v ustvarjanju molekule NADPH, ki se uporablja tudi v temnih reakcijah. To zahteva vnos novega elektrona za ponovitev svetlobnih reakcij. Potreba po tem elektronu povzroči nastanek kisika iz molekul vode.
Kloroplasti
Pri fotosinteznih evkariontih, kot so alge in rastline, se fotosinteza pojavi v specializiranem celičnem organelu, imenovanem kloroplast. Znotraj kloroplastov so tilakoidne membrane, ki zagotavljajo notranje in zunanje okolje za fotosintezo. Tilakoidne membrane so prisotne v vseh fotosintetskih organizmih, vključno z bakterijami, vendar le evkarionti hranijo te membrane znotraj kloroplastov. Fotosinteza se začne v fotosistemih, ki se nahajajo znotraj tilakoidnih membran. Ko svetlobne reakcije fotosinteze napredujejo, so protoni zapakirani znotraj membranskih prostorov in ustvarjajo protonski gradient čez membrano.
Fotosistemi
Fotosistemi so zapletene strukture, ki vključujejo pigmente, ki se nahajajo znotraj tilakoidne membrane in energijo napajajo z uporabo svetlobne energije. Vsak pigment je prilagojen določenemu delu spektra svetlobe. Osrednji pigment je klorofil? ki ima dodatno vlogo pri zbiranju elektrona, ki se uporablja pri nadaljnjih svetlobnih reakcijah. V središču klorofila? so ioni, ki se vežejo na molekule vode. Ko klorofil napaja elektron in ga pošilja zunaj fotosistema molekulam čakajočih receptorjev, se elektron nadomesti z molekulami vode.
Tvorba kisika
Ko se elektroni odvzamejo iz molekul vode, se voda razbije na sestavne atome. Atomi kisika iz dveh molekul vode se združita in tvorijo dvoatomski kisik (O2). Atomi vodika, ki so enojni protoni, ki nimajo svojih elektronov, pomagajo ustvariti protonski gradient v prostoru, ki ga zapira tilakoidna membrana. Dvoatomski kisik se sprosti in center klorofila se veže na nove molekule vode, da se postopek ponovi. Zaradi vpletenih reakcij mora klorofil napajati štiri elektrone, da tvorijo eno molekulo kisika.