Fotosinteza je postopek, pri katerem rastline iz ogljikovega dioksida, vode in sončne svetlobe proizvajajo hrano. Ogljikov dioksid vstopi v rastlino skozi majhne pore v listih, imenovane stomate. Voda po žilah v rastlini potuje po listih, potem ko jo absorbirajo korenine.
V procesu fotosinteze se energija sončne svetlobe uporablja za ustvarjanje glukoze iz CO2 in H2O. Ta glukoza oskrbuje rastlino. Ker so številne višje življenjske oblike odvisne tako od rastlin, ki jih jedo, kot tudi od kisika, je ta proces ključnega pomena za preživetje ekosistemov.
Opomba: Fotosinteza se pojavi tudi pri algah in nekaterih vrstah bakterij. Poudarek te objave je na fotosinteza v rastlinah.
Lokacija fotosinteze
Fotosinteza se pojavi v kloroplastih, ki jih najdemo v listih in zelenih steblih rastlin. En list ima več deset tisoč celic, od katerih ima vsaka 40 do 50 kloroplastov.
Vsak kloroplast je razdeljen na številne predelke v obliki diska, imenovane tilakoidi, ki so razporejeni navpično kot kup palačink. Vsak kup se imenuje granum (množina je grana), ki je suspendiran v tekočini, imenovani stroma. The
svetlobno odvisne reakcije se pojavijo v grani; svetlobno neodvisne reakcije potekajo v stromi kloroplastov.Dve stopnji fotosinteze
Čeprav celoten postopek lahko traja manj kot minuto, je postopek fotosinteze pravzaprav precej zapleten.
Obstajata dva koraka fotosinteze: svetlobne reakcije (foto del) in temne reakcije ki so znani tudi kot Calvinov cikel (del sinteze) in vsaka od faz fotosinteze ima več korakov.
Od svetlobe odvisne reakcije
Prvi korak uporabe fotosinteze svetlobna energija ustvariti molekule nosilca energije, ki bodo uporabljene v drugem postopku. Te reakcije, znane kot svetlobne reakcije, neposredno uporabljajo sončno energijo. V fotocentrih v Ljubljani je na stotine molekul pigmenta tilakoidna membrana in delujejo kot antene za absorpcijo svetlobe in prenos energije na molekulo klorofila.
Ti fotosintetski pigmenti omogočajo rastlinam, da absorbirajo sončno svetlobo, ki je potrebna za začetek postopka. Svetloba vzbuja elektrone in povzroča višje energijsko stanje. Posledica tega je pretvorba energije sonca v kemično energijo, ki jo zagotavlja hrana za rastlino.
Molekule klorofila v rastlinah sestavljajo reakcijski center, ki visokoenergijske elektrone prenaša v akceptorske molekule, ki se nato prenašajo skozi vrsto membranskih nosilcev. Ti visokoenergijski elektroni prehajajo med molekulami in povzročijo delitev molekul vode na kisik, vodikove ione in elektrone.
V tem prvem koraku niz reakcij povzroči pretvorbo sončne energije v kemično in v dveh ločenih fotosistemov se elektroni zaporedno prenašajo, da tvorijo adenozin trifosfat (ATP) in nikotin adenin dinukleotid fosfat (NADP+).
Nekateri visokoenergijski elektroni nato nadaljujejo z zmanjševanjem NADP+ do NADPH. Nastali kisik se razprši iz kloroplasta in skozi pore v listih uhaja v ozračje. ATP in NADPH, proizvedeni v tej prvi fazi, se uporabita v naslednjem koraku, kjer nastaja glukoza.
Lahke neodvisne reakcije
Drugi postopek fotosinteze povzroči biosintezo ogljikovih hidratov iz CO2. V tej svetlobno neodvisni (prej znani kot temni) fazi NADPH, ustvarjen v prvem koraku, zagotavlja vodik, ki bo tvorijo glukozo medtem ko ATP, ki nastane v svetlobno odvisnih reakcijah, zagotavlja energijo, potrebno za njegovo sintezo.
Ta faza, znana tudi kot Calvinov cikel, poteka v stromi in povzroči nastanek saharoza, ki se bo nato rastlini porabil kot vir hrane in energije. Poimenovan po Melvinu Calvinu, ta faza uporablja ATP in NADPH, ki sta bila ustvarjena v prvi fazi, skupaj z encimom ribulozo bisfosfat karboksilazo, ki ga najdemo v kloroplastu.
Tu ribuloza služi kot katalizator za "pritrditev" molekul ogljika, ki se nato pretvorijo v ogljikove hidrate, ki rastlini služijo kot vir energije.