Hur syrgas produceras under fotosyntes?

Fotosyntes är processen genom vilken växter och vissa bakterier och protister syntetiserar sockermolekyler från koldioxid, vatten och solljus. Fotosyntes kan delas in i två steg - den ljusberoende reaktionen och de ljusoberoende (eller mörka) reaktionerna. Under ljusreaktionerna avlägsnas en elektron från en vattenmolekyl som frigör syre- och väteatomerna. Den fria syreatomen kombineras med en annan fri syreatom för att producera syregas som sedan släpps ut.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Syreatomer skapas under ljusprocessen för fotosyntes och två syreatomer kombineras för att bilda syrgas.

Det primära syftet med ljusreaktionerna i fotosyntes är att generera energi för användning i mörka reaktioner. Energin skördas från solljus som överförs till elektroner. När elektronerna passerar genom en serie molekyler bildas en protongradient membran. Protonerna flyter tillbaka över membranet genom ett enzym som kallas ATP-syntas som genererar ATP, en energimolekyl, som används i mörka reaktioner där koldioxid används för att framställa socker. Denna process kallas fotofosfororylering.

Cyklisk och icke-cyklisk fotofosforylering hänvisar till källan och destinationen för den elektron som används för att generera protongradienten och i sin tur ATP. Vid cyklisk fotofosforlering återvinns elektronen tillbaka till ett fotosystem där den återströms och upprepar sin resa genom ljusreaktionerna. Men vid icke-cyklisk fotofosforylering är elektronens sista steg i skapandet av en NADPH-molekyl som också används i mörka reaktioner. Detta kräver inmatning av en ny elektron för att upprepa ljusreaktionerna. Behovet av denna elektron resulterar i bildandet av syre från vattenmolekyler.

I fotosyntetiska eukaryoter som alger och växter förekommer fotosyntes i en specialiserad cellorganell som kallas en kloroplast. Inom kloroplasterna finns tylakoidmembran som ger en intern och extern miljö för fotosyntes. Tylakoidmembranen finns i alla fotosyntetiska organismer, inklusive bakterier, men endast eukaryoter hyser dessa membran i kloroplaster. Fotosyntes börjar i fotosystem som ligger i tylakoidmembranen. När ljusreaktionerna av fotosyntes utvecklas packas protoner in i membranutrymmena och skapar en protongradient över membranet.

Fotosystem är komplexa strukturer som involverar pigment placerade i tylakoidmembranet som aktiverar elektroner med hjälp av ljusenergi. Varje pigment är anpassat till en specifik del av ljusspektret. Det centrala pigmentet är klorofyll? som tjänar en ytterligare roll för att samla elektronen som används i efterföljande ljusreaktioner. Inom centrum för klorofyll? är joner som binder till vattenmolekyler. När klorofyll aktiverar en elektron och skickar elektronen utanför fotosystemet till väntande receptormolekyler ersätts elektronen från vattenmolekylerna.

När elektroner avlägsnas från vattenmolekyler bryts vattnet in i komponentatomer. Syreatomerna från två vattenmolekyler kombineras för att bilda diatomiskt syre (O₂). Väteatomerna, som är enskilda protoner som saknar sina elektroner, hjälper till att skapa protongradienten inom det utrymme som omges av tylakoidmembranet. Det diatomiska syret frigörs och klorofyllcentret binder till nya vattenmolekyler för att upprepa processen. På grund av de inblandade reaktionerna måste fyra elektroner aktiveras av klorofyllen för att generera en enda syremolekyl.