Ενώ η γλυκόζη ζάχαρης χρησιμοποιείται για την ενέργεια, έχει και άλλους σκοπούς. Για παράδειγμα, τα φυτά χρησιμοποιούν τη γλυκόζη ως δομικό στοιχείο για την κατασκευή αμύλου για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας και κυτταρίνη για την κατασκευή δομών.
Το πιο κοινό μόριο που χρησιμοποιείται για τη φωτοσύνθεση είναι χλωροφύλλη. Τα φυτά είναι πράσινα επειδή τα κύτταρα τους περιέχουν αφθονία χλωροφύλλης. Η χλωροφύλλη απορροφά την ηλιακή ενέργεια που οδηγεί την αντίδραση μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Η χρωστική ουσία φαίνεται πράσινη επειδή απορροφά μπλε και κόκκινα μήκη κύματος φωτός, που αντανακλούν το πράσινο χρώμα.
Η χλωροφύλλη δεν είναι ένα μόριο χρωστικής, αλλά μάλλον μια οικογένεια σχετικών μορίων που μοιράζονται μια παρόμοια δομή. Υπάρχουν και άλλα μόρια χρωστικής που απορροφούν / αντανακλούν διαφορετικά μήκη κύματος φωτός.
Τα φυτά φαίνονται πράσινα επειδή η πιο άφθονη χρωστική τους είναι η χλωροφύλλη, αλλά μερικές φορές βλέπετε τα άλλα μόρια. Το φθινόπωρο, τα φύλλα παράγουν λιγότερη χλωροφύλλη κατά την προετοιμασία για το χειμώνα. Καθώς η παραγωγή χλωροφύλλης επιβραδύνεται,
τα φύλλα αλλάζουν χρώμα. Μπορείτε να δείτε τα κόκκινα, μοβ και χρυσά χρώματα άλλων φωτοσυνθετικών χρωστικών. Τα άλγη εμφανίζουν συνήθως και τα άλλα χρώματα.Η μιτοχόνδρια εκτελεί αερόβια κυτταρική αναπνοή, η οποία χρησιμοποιεί οξυγόνο για να παράγει τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Η θραύση μιας ή περισσοτέρων ομάδων φωσφορικών εκτός του μορίου απελευθερώνει ενέργεια σε μια μορφή φυτού και τα ζωικά κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιήσουν.
Οι χλωροπλάστες περιέχουν χλωροφύλλη, η οποία χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση για να παρασκευάσει γλυκόζη. Ένας χλωροπλάστης περιέχει δομές που ονομάζονται grana και stroma. Η Grana μοιάζει με μια στοίβα από τηγανίτες. Συλλογικά, οι κόκκοι σχηματίζουν α δομή που ονομάζεται θυλακοειδής. Τα γκράνα και το θυλακοειδές είναι εκεί όπου συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως (αυτές που αφορούν τη χλωροφύλλη). Το υγρό γύρω από το κοράκι ονομάζεται στρώμα. Εδώ συμβαίνουν αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως. Οι φως ανεξάρτητες αντιδράσεις μερικές φορές καλούνται «σκοτεινές αντιδράσεις», αλλά αυτό σημαίνει απλά ότι δεν απαιτείται φως. Οι αντιδράσεις μπορούν να συμβούν παρουσία φωτός.
Η γλυκόζη είναι απλή ζάχαρη, όμως είναι ένα μεγάλο μόριο σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα ή το νερό. Παίρνει έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα και έξι μόρια νερού για να δημιουργήσει ένα μόριο γλυκόζης και έξι μόρια οξυγόνου. ο ισορροπημένη χημική εξίσωση για τη συνολική αντίδραση είναι:
Τόσο η φωτοσύνθεση όσο και η κυτταρική αναπνοή παράγουν μόρια που χρησιμοποιούνται για την ενέργεια. Ωστόσο, η φωτοσύνθεση παράγει τη γλυκόζη ζάχαρης, η οποία είναι ένα μόριο αποθήκευσης ενέργειας. Η κυτταρική αναπνοή παίρνει τη ζάχαρη και την μετατρέπει σε μορφή που τα φυτά και τα ζώα μπορούν να χρησιμοποιήσουν.
Η φωτοσύνθεση απαιτεί διοξείδιο του άνθρακα και νερό για να παράγει ζάχαρη και οξυγόνο. Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο και ζάχαρη για να απελευθερώσει ενέργεια, διοξείδιο του άνθρακα και νερό.
Τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί εκτελούν και τις δύο ομάδες αντιδράσεων. Την ημέρα, τα περισσότερα φυτά λαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνουν οξυγόνο. Κατά τη διάρκεια της ημέρας και τη νύχτα, τα φυτά χρησιμοποιούν οξυγόνο για να απελευθερώσουν την ενέργεια από τη ζάχαρη και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Στα φυτά, αυτές οι αντιδράσεις δεν είναι ίσες. Τα πράσινα φυτά απελευθερώνουν πολύ περισσότερο οξυγόνο από ό, τι χρησιμοποιούν. Στην πραγματικότητα, είναι υπεύθυνοι για την αναπνεύσιμη ατμόσφαιρα της Γης.
Οι οργανισμοί που χρησιμοποιούν το φως για την ενέργεια που απαιτείται για να φτιάξουν τη δική τους τροφή καλούνται παραγωγούς. Σε αντίθεση, Καταναλωτές είναι πλάσματα που τρώνε τους παραγωγούς για να πάρουν ενέργεια. Ενώ τα φυτά είναι οι πιο γνωστοί παραγωγοί, τα άλγη, τα κυανοβακτήρια, και μερικοί protists επίσης κάνουν ζάχαρη μέσω της φωτοσύνθεσης.
Οι περισσότεροι άνθρωποι γνωρίζουν τα φύκια και ορισμένοι μονοκύτταροι οργανισμοί είναι φωτοσυνθετικοί, αλλά ξέρατε μερικά πολυκύτταρα ζώα, πολύ? Μερικοί καταναλωτές εκτελούν φωτοσύνθεση ως δευτερεύουσα πηγή ενέργειας. Για παράδειγμα, ένα είδος θαλάσσιο γυμνοσάλιαγκας (Elysia chlorotica) κλέβει τα φωτοσυνθετικά οργανίδια χλωροπλάστες από τα φύκια και τα τοποθετεί στα δικά της κύτταρα. Το σμέουνο σαλαμάνδρας (Ambystoma maculatum) έχει μια συμβιωτική σχέση με τα άλγη, χρησιμοποιώντας το επιπλέον οξυγόνο για την παροχή μιτοχονδρίων. Ο ανατολικός ορνίθας (Vespa orientalis) χρησιμοποιεί τη χρωστική ουσία xanthoperin για να μετατρέψει το φως σε ηλεκτρισμό, το οποίο χρησιμοποιεί σαν ένα είδος ηλιακού κυττάρου για να ενεργοποιήσει τη νυχτερινή δραστηριότητα.
Η συνολική αντίδραση περιγράφει την είσοδο και την έξοδο της φωτοσύνθεσης, αλλά τα φυτά χρησιμοποιούν διαφορετικά σύνολα αντιδράσεων για να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα. Όλα τα φυτά χρησιμοποιούν δύο γενικές οδούς: αντιδράσεις φώτων και σκοτεινές αντιδράσεις (Κύκλου Calvin).
"Κανονική" ή C3 η φωτοσύνθεση συμβαίνει όταν τα φυτά έχουν πολλά διαθέσιμα νερά. Αυτή η ομάδα αντιδράσεων χρησιμοποιεί το ένζυμο RuBP καρβοξυλάση για να αντιδράσει με διοξείδιο του άνθρακα. Η διαδικασία είναι εξαιρετικά αποτελεσματική επειδή τόσο οι αντιδράσεις φωτός όσο και οι σκοτεινές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα σε ένα φυτικό κύτταρο.
Στο C4 φωτοσύνθεση, χρησιμοποιείται το ένζυμο ΡΕΡ καρβοξυλάση αντί της RuBP καρβοξυλάσης. Αυτό το ένζυμο είναι χρήσιμο όταν το νερό μπορεί να είναι σπάνιο, αλλά όλες οι φωτοσυνθετικές αντιδράσεις δεν μπορούν να λάβουν χώρα στα ίδια κύτταρα.
Στον μεταβολισμό Cassulacean-acid ή CAM φωτοσύνθεση, το διοξείδιο του άνθρακα λαμβάνεται μόνο στα φυτά τη νύχτα, όπου φυλάσσεται σε κενοτόπια για επεξεργασία κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η CAM φωτοσύνθεση βοηθά τα φυτά να διατηρούν το νερό επειδή τα stomata των φύλλων είναι ανοιχτά μόνο τη νύχτα, όταν είναι πιο δροσερά και πιο υγρά. Το μειονέκτημα είναι ότι το φυτό μπορεί να παράγει μόνο γλυκόζη από το αποθηκευμένο διοξείδιο του άνθρακα. Επειδή παράγεται λιγότερη γλυκόζη, φυτά της ερήμου που χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση CAM τείνουν να αναπτύσσονται πολύ αργά.
Τα φυτά είναι μάγοι όσον αφορά τη φωτοσύνθεση. Η όλη δομή τους είναι χτισμένη για να στηρίξει τη διαδικασία. Οι ρίζες του φυτού έχουν σχεδιαστεί για να απορροφούν το νερό, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται από έναν ειδικό αγγειακό ιστό που ονομάζεται ξυλομ, ώστε να μπορεί να διατίθεται στο φλοιό και τα φύλλα φωτοσύνθεσης. Τα φύλλα περιέχουν ειδικούς πόρους που ονομάζονται stomata που ελέγχουν την ανταλλαγή αερίων και περιορίζουν την απώλεια νερού. Τα φύλλα μπορεί να έχουν κηρώδη επίστρωση για την ελαχιστοποίηση της απώλειας νερού. Ορισμένα φυτά έχουν σπονδυλική στήλη για την προώθηση της συμπύκνωσης του νερού.
Οι περισσότεροι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η φωτοσύνθεση απελευθερώνει τα οξυγόνα που χρειάζονται για να ζήσουν, αλλά το άλλο σημαντικό στοιχείο της αντίδρασης είναι σταθεροποίηση άνθρακα. Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί αφαιρούν το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα. Το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε άλλες οργανικές ενώσεις, υποστηρίζοντας τη ζωή. Ενώ τα ζώα εκπέμπουν διοξείδιο του άνθρακα, τα δέντρα και τα φύκια δρουν ως νεροχύτης άνθρακα, κρατώντας το μεγαλύτερο μέρος του στοιχείου έξω από τον αέρα.