Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια που πραγματοποιείται από φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια
Επεξεργασμένη και αλλαγή μεγέθους της εικόνας του Samuel Austin, διαθέσιμη στο Unsplash
Η λέξη φωτοσύνθεση σημαίνει σύνθεση με το φως και αναφέρεται σε μία από τις πιο σημαντικές βιολογικές διεργασίες στη Γη. Με την απελευθέρωση οξυγόνου και την κατανάλωση διοξειδίου του άνθρακα, η φωτοσύνθεση μετέτρεψε τον κόσμο σε κατοικήσιμο περιβάλλον που γνωρίζουμε σήμερα. Επιπλέον, η διαδικασία είναι η κύρια πηγή ενέργειας για όλα τα έμβια όντα.
Ο Ολλανδός φυσικός Jan Ingenhousz ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε ότι τα φυτά παρήγαγαν οξυγόνο παρουσία του ηλιακού φωτός, το 1779, και θεωρήθηκε ο ανακάλυψης της φωτοσύνθεσης. Το 1782, ο Jean Senebier πρόσθεσε ότι, εκτός από το φως του ήλιου, η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα. Το 1818, η Maria Pelletier και ο Joseph Caventou επινόησαν τον όρο «χλωροφύλλη» για να αναφερθούν στην πράσινη χρωστική ουσία και προικίστηκαν με ένζυμα φωτοϋποδοχέων που καθιστούν δυνατή τη φωτοσύνθεση.
Τι είναι η φωτοσύνθεση
Η φωτοσύνθεση μπορεί να οριστεί ως μια διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια. Πραγματοποιείται από φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια, τα οποία ταξινομούνται ως αυτοτροφικοί και φωτοσυνθετικοί οργανισμοί επειδή είναι σε θέση να παράγουν τα δικά τους τρόφιμα από το φως.
Η σημασία της φωτοσύνθεσης
Το οξυγόνο που παράγεται από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς είναι θεμελιώδες για τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη όπως το γνωρίζουμε. Επιπλέον, τα προϊόντα που παράγονται από τη φωτοσύνθεση έχουν διαμορφώσει την υλική ιστορία της ανθρωπότητας, καθώς έχουν δημιουργήσει πόρους όπως πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κυτταρίνη, άνθρακα και καυσόξυλα. Αυτοί οι πόροι υπάρχουν ως αποτέλεσμα της μετατροπής του ηλιακού φωτός σε ενεργειακά αποθέματα (φωτοσύνθεση), ακολουθούμενη από άλλες γεωλογικές και τεχνολογικές διαδικασίες.
Εξίσωση φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση είναι μια μακρά και περίπλοκη διαδικασία που μπορεί να συνοψιστεί, γενικά, με την ακόλουθη εξίσωση:
- 6CO2 + 12H2O + φως → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Πού συμβαίνει η φωτοσύνθεση
Στα φυτά και τα φύκια, η φωτοσύνθεση εμφανίζεται μέσα στους χλωροπλάστες. Στα κυανοβακτήρια, εκτελείται δίπλα σε μεμβρανώδη ελάσματα που υπάρχουν στο υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος.
Ο χλωροπλάστης είναι ένα οργανικό που έχει μια εξωτερική μεμβράνη και μια εσωτερική μεμβράνη. Το εσωτερικό του έχει μεμβρανώδη ελάσματα, συνδεδεμένα με μικρές τσέπες που ονομάζονται θυλακοειδή. Ο εσωτερικός χώρος γεμίζει από το στρώμα, ένα ιξώδες υγρό που περιέχει DNA, ριβοσώματα και ένζυμα που βοηθούν στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Μέσα σε αυτά τα θυλακοειδή και καλυπτρίδες βρίσκεται η χλωροφύλλη.
Βήματα φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση μπορεί να χωριστεί σε δύο φάσεις: τη φωτοχημική φάση και τη χημική φάση.
Η φωτοχημική φάση εμφανίζεται μόνο παρουσία φωτός και εμφανίζεται στα θυλακοειδή και στα μεμβρανώδη ελάσματα. Η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει την ελαφριά ενέργεια σε χημική ενέργεια. Αποτελείται από δύο κύριες διαδικασίες: φωτολύση νερού και φωτοφωσφορυλίωση.
Η χημική φάση δεν εξαρτάται από το φως και πραγματοποιείται σε άλλο μέρος του χλωροπλάστη, το στρώμα. Σε αυτό, τα προϊόντα της προηγούμενης φάσης, η φωτοχημεία, ενώνουν το ατμοσφαιρικό CO2 για την παραγωγή γλυκόζης, νερού και αμύλου, στον λεγόμενο Κύκλο Calvin-Benson.
Φωτοχημική φάση
Φωτολύση νερού
Η φωτολύση του νερού είναι το πρώτο στάδιο της φωτοσύνθεσης και είναι η στιγμή που η ληφθείσα φωτεινή ενέργεια προάγει τη διάσπαση των μορίων του νερού, δημιουργώντας αέριο οξυγόνο, ηλεκτρόνια και H +. Το αέριο οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ ελεύθερα μόρια υδρογόνου (Η +) προσελκύονται σε μια ένωση που ονομάζεται NADP +, δημιουργώντας το NADPH, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί στη χημική φάση για την κατασκευή μορίων γλυκόζης.
Αυτό το βήμα αντιπροσωπεύεται από τους τύπους:- H2O ⇾ 2H + + 2 ηλεκτρόνια + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Φωτοφωσφορυλίωση
Στη φωτοφωσφορυλίωση συμβαίνει ο σχηματισμός της ΑΤΡ, από την προσθήκη ενός ανόργανου φωσφορικού (Pi) σε ένα μόριο ADP (διφωσφορική αδενοσίνη), χρησιμοποιώντας ελαφριά ενέργεια. Τα μόρια ATP είναι η κύρια μορφή χημικής ενέργειας που συντίθεται από τα ζωντανά όντα. Αυτό το στάδιο φωτοφωσφορυλίωσης συμβαίνει παράλληλα με τη φωτολύση του νερού και καθένα από αυτά παράγει προϊόντα που θα χρησιμοποιηθούν στην επόμενη φάση της φωτοσύνθεσης.
Αυτό το βήμα αντιπροσωπεύεται από τον τύπο: ADP + Pi ⇾ ATP
Χημική φάση
Η τελευταία φάση της φωτοσύνθεσης, είναι στη χημική φάση που χρησιμοποιείται διοξείδιο του άνθρακα από το περιβάλλον ή κυτταρική αναπνοή του φυτού και χρησιμοποιούνται δύο ενώσεις που δημιουργήθηκαν στην προηγούμενη φάση: ATP και NADPH. Σε αυτό το στάδιο συμβαίνει ο λεγόμενος Κύκλος Calvin-Benson, μια ακολουθία αντιδράσεων που παράγει γλυκόζη, νερό και άμυλο.
συμπέρασμα
Η φωτοσύνθεση είναι το αποτέλεσμα της σύνδεσης των δύο φάσεων που περιγράφονται παραπάνω, της φωτοχημικής φάσης και της χημικής φάσης. Όλες οι μορφές ζωής στη Γη εξαρτώνται κατά κάποιο τρόπο από τα προϊόντα που παράγονται από τη φωτοσύνθεση: οξυγόνο και γλυκόζη. Επιπλέον, η φωτοσύνθεση είναι απαραίτητη για την ισορροπία της ατμοσφαιρικής σύνθεσης.
