Fotosinteza: kaj je in kako se pojavi

Fotosinteza je postopek pretvorbe svetlobne energije v kemično energijo, ki jo izvajajo rastline, alge in cianobakterije

Fotosinteza

Urejena in spremenjena slika Samuela Austina, na voljo na Unsplash

Beseda fotosinteza pomeni sintezo s svetlobo in se nanaša na enega najpomembnejših bioloških procesov na Zemlji. S sproščanjem kisika in uživanjem ogljikovega dioksida je fotosinteza svet spremenila v bivalno okolje, ki ga poznamo danes. Poleg tega je postopek glavni vir energije za vsa živa bitja.

Nizozemski fizik Jan Ingenhousz je bil prvi, ki je leta 1779 ugotovil, da rastline proizvajajo kisik v prisotnosti sončne svetlobe, in je veljal za odkritelja fotosinteze. Leta 1782 je Jean Senebier dodal, da se pri sončni svetlobi za sončenje uporablja tudi ogljikov dioksid. Leta 1818 sta Maria Pelletier in Joseph Caventou skovala izraz "klorofil", ki se nanaša na zeleni pigment in je obdarjen s fotoreceptorskimi encimi, ki omogočajo fotosintezo.

Kaj je fotosinteza

Fotosintezo lahko definiramo kot postopek pretvorbe svetlobne energije v kemično energijo. Izvajajo jo rastline, alge in cianobakterije, ki so uvrščene med avtotrofne in fotosintetske organizme, ker so sposobne same proizvajati hrano iz svetlobe.

Pomen fotosinteze

Kisik, ki ga proizvajajo fotosintetski organizmi, je bistvenega pomena za vzdrževanje življenja na planetu, kot ga poznamo. Poleg tega so izdelki, pridobljeni s fotosintezo, oblikovali materialno zgodovino človeštva, saj so ustvarili vire, kot so nafta, zemeljski plin, celuloza, premog in drva. Ti viri obstajajo kot posledica pretvorbe sončne svetlobe v zaloge energije (fotosinteza), čemur sledijo drugi geološki in tehnološki procesi.

Enačba fotosinteze

Fotosinteza je dolg in zapleten postopek, ki ga lahko na splošno povzamemo po naslednji enačbi:

  • 6CO2 + 12H2O + svetloba → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Kjer pride do fotosinteze

Pri rastlinah in algah se fotosinteza pojavi znotraj kloroplastov. Pri cianobakterijah se izvaja ob membranskih lamelah, prisotnih v tekočem delu citoplazme.

Kloroplast je organela, ki ima zunanjo in notranjo membrano. Njegova notranjost ima membranske lamele, pritrjene na majhne žepe, imenovane tilakoidi. Notranji prostor zapolni stroma, viskozna tekočina, ki vsebuje DNA, ribosome in encime, ki pomagajo v procesu fotosinteze. V teh tilakoidih in pokrovih najdemo klorofil.

Koraki fotosinteze

Fotosintezo lahko razdelimo na dve fazi: fotokemijsko fazo in kemijsko fazo.

Fotokemijska faza se pojavi samo v prisotnosti svetlobe in se pojavi v tilakoidih in membranskih lamelah. Njegova glavna naloga je pretvarjanje svetlobne energije v kemično energijo. Sestavljen je iz dveh glavnih procesov: fotolize vode in fotofosforilacije.

Kemična faza ni odvisna od svetlobe in se izvaja v drugem delu kloroplasta, stromi. V njej se izdelki iz prejšnje faze, fotokemija, v tako imenovanem Calvin-Bensonovem ciklu združujejo z atmosferskim CO2 in tvorijo glukozo, vodo in škrob.

Fotokemijska faza

Fotoliza vode

Fotoliza vode je prva stopnja fotosinteze in je trenutek, ko prejeta svetlobna energija spodbuja razgradnjo molekul vode, ki ustvarja plin kisika, elektrone in H +. Plinasti kisik se sprosti v ozračje, medtem ko proste molekule vodika (H +) privlači spojina, imenovana NADP +, kar povzroči nastanek NADPH, ki bo uporabljen v kemični fazi za gradnjo molekul glukoze.

Ta korak predstavljajo formule:
  • H2O ⇾ 2H + + 2 elektrona + ½ O2
  • NADP + + H + ⇾ NADPH

Fotofosforilacija

V fotofosforilaciji pride do tvorbe ATP, od dodajanja anorganskega fosfata (Pi) molekuli ADP (adenozin difosfata) z uporabo svetlobne energije. Molekule ATP so glavna oblika kemične energije, ki jo sintetizirajo živa bitja. Ta stopnja fotofosforilacije poteka vzporedno s fotolizo vode in vsaka od njih ustvarja produkte, ki bodo uporabljeni v naslednji fazi fotosinteze.

Ta korak predstavlja formula: ADP + Pi ⇾ ATP

Kemična faza

Zadnja faza fotosinteze je, da se v kemični fazi uporablja ogljikov dioksid iz okolja ali celičnega dihanja rastline in dve spojini, nastali v prejšnji fazi: ATP in NADPH. Na tej stopnji se pojavi tako imenovani cikel Calvin-Benson, zaporedje reakcij, ki ustvarja glukozo, vodo in škrob.

Zaključek

Fotosinteza je rezultat združevanja dveh zgoraj opisanih faz, fotokemične faze in kemijske faze. Vse oblike življenja na Zemlji so na nek način odvisne od produktov, ki nastanejo s fotosintezo: kisika in glukoze. Poleg tega je fotosinteza bistvenega pomena za ravnovesje atmosferske sestave.