Μάθετε για τη Φόρμα Φωτοσύνθεσης

Ορισμένοι οργανισμοί πρέπει να δημιουργήσουν την ενέργεια που χρειάζονται για να επιβιώσουν. Αυτοί οι οργανισμοί είναι ικανοί να απορροφούν ενέργεια από το ηλιακό φως και να τις χρησιμοποιούν για να παράγουν ζάχαρη και άλλες οργανικές ενώσεις όπως λιπίδια και πρωτεΐνες. Τα σάκχαρα στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την παροχή ενέργειας στον οργανισμό. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται φωτοσύνθεση, χρησιμοποιείται από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς συμπεριλαμβανομένου φυτά, φύκια, και κυανοβακτήρια.

Στη φωτοσύνθεση, η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Η χημική ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή γλυκόζης (ζάχαρη). Το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το ηλιακό φως χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γλυκόζης, οξυγόνου και νερού. Η χημική εξίσωση για αυτή τη διαδικασία είναι:

6CO₂ + 12Η₂O + φως → C₆H₁₂Ο₆ + 6Ο₂ + 6Η₂Ο

Έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα (6CO₂) και δώδεκα μόρια νερού (12Η₂O) καταναλώνονται στη διαδικασία, ενώ η γλυκόζη (C₆H₁₂Ο₆), έξι μόρια οξυγόνου (60₂) και έξι μόρια νερού (6Η₂Ο).

Αυτή η εξίσωση μπορεί να απλουστευθεί ως εξής: 6CO₂ + 6Η₂O + φως → C₆H₁₂Ο₆ + 6Ο₂.

Στα φυτά, η φωτοσύνθεση συμβαίνει κυρίως στο εσωτερικό του φύλλα. Δεδομένου ότι η φωτοσύνθεση απαιτεί διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ηλιακό φως, όλες αυτές οι ουσίες πρέπει να λαμβάνονται από τα φύλλα ή να μεταφέρονται στα φύλλα. Το διοξείδιο του άνθρακα λαμβάνεται μέσω μικροσκοπικών πόρων στους φύλλους των φυτών που ονομάζονται stomata. Το οξυγόνο απελευθερώνεται επίσης μέσω των stomata. Το νερό λαμβάνεται από το φυτό μέσω των ριζών και μεταφέρεται στα φύλλα μέσω αγγειακά συστήματα ιστών φυτών. Το φως του ήλιου απορροφάται από χλωροφύλλη, μια πράσινη χρωστική ουσία που βρίσκεται στο φυτικό κύτταρο δομές που ονομάζονται χλωροπλάστες. Οι χλωροπλάστες είναι οι θέσεις της φωτοσύνθεσης. Οι χλωροπλάστες περιέχουν διάφορες δομές, καθεμία από τις οποίες έχει συγκεκριμένες λειτουργίες:

• Εξωτερικές και εσωτερικές μεμβράνες- προστατευτικά καλύμματα που περικλείουν κλειστές δομές χλωροπλάστη.
• Στρώμα-Απορροφητικό υγρό εντός του χλωροπλάστη. Η θέση μετατροπής διοξειδίου του άνθρακα σε ζάχαρη.
• Thylakoid-Γλωσμένες δομές μεμβράνης τύπου σάκου. Η θέση μετατροπής της φωτεινής ενέργειας στη χημική ενέργεια.
• Grana-Επικαλυμμένες στοίβες θυλάκων θυλακοειδούς. Τοποθεσίες μετατροπής της φωτεινής ενέργειας στη χημική ενέργεια.
• Χλωροφύλλη- πράσινη χρωστική μέσα στο χλωροπλάστη. Απορροφά την φωτεινή ενέργεια.

Η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε δύο στάδια. Αυτά τα στάδια ονομάζονται αντιδράσεις φωτός και σκοτεινές αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις φωτός πραγματοποιούνται παρουσία φωτός. Οι σκοτεινές αντιδράσεις δεν απαιτούν άμεσο φως, ωστόσο οι σκοτεινές αντιδράσεις στις περισσότερες εγκαταστάσεις συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Ελαφρές αντιδράσεις εμφανίζονται ως επί το πλείστον στις στήλες των θυλακοειδών κοκκίων. Εδώ, το φως του ήλιου μετατρέπεται σε χημική ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ (μόριο που περιέχει ελεύθερη ενέργεια) και NADPH (μόριο που φέρει ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας). Η χλωροφύλλη απορροφά την ενέργεια του φωτός και ξεκινά μια αλυσίδα από βήματα που οδηγούν στην παραγωγή ΑΤΡ, ΝΑϋΡΗ και οξυγόνου (μέσω της διάσπασης του νερού). Το οξυγόνο απελευθερώνεται μέσω των στοματίων. Τόσο το ATP όσο και το NADPH χρησιμοποιούνται στις σκοτεινές αντιδράσεις για την παραγωγή ζάχαρης.

Σκοτεινές αντιδράσεις εμφανίζονται στο στρώμα. Το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε ζάχαρη χρησιμοποιώντας ΑΤΡ και NADPH. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως σταθεροποίηση του άνθρακα ή ο κύκλος Calvin. Ο κύκλος Calvin έχει τρία κύρια στάδια: σταθεροποίηση του άνθρακα, μείωση και αναγέννηση. Στη σταθεροποίηση του άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα συνδυάζεται με ένα σάκχαρο 5-άνθρακα [διφωσφορική ριβουλόζη1,5 (RuBP)] δημιουργώντας ένα ζάχαρο 6-άνθρακα. Στο στάδιο αναγωγής, τα ΑΤΡ και NADPH που παράγονται στο στάδιο αντίδρασης ελαφρού χρησιμοποιούνται για να μετατρέψουν το ζάχαρο 6-άνθρακα σε δύο μόρια ενός 3-άνθρακα υδατάνθρακας, 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Χρησιμοποιείται 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη για τη δημιουργία γλυκόζης και φρουκτόζης. Αυτά τα δύο μόρια (γλυκόζη και φρουκτόζη) συνδυάζονται για να παράγουν σακχαρόζη ή ζάχαρη. Στο στάδιο αναγέννησης, ορισμένα μόρια 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης συνδυάζονται με ΑΤΡ και μετατρέπονται πάλι στο RuBP 5-άνθρακα σακχάρου. Με τον κύκλο πλήρης, το RuBP είναι διαθέσιμο για να συνδυαστεί με διοξείδιο του άνθρακα για να αρχίσει ξανά ο κύκλος.

Συνοπτικά, η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία στην οποία η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια και χρησιμοποιείται για την παραγωγή οργανικών ενώσεων. Στα φυτά, η φωτοσύνθεση τυπικά συμβαίνει εντός των χλωροπλαστών που βρίσκονται στα φυτικά φύλλα. Η φωτοσύνθεση αποτελείται από δύο στάδια, τις αντιδράσεις φωτός και τις σκοτεινές αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις φωτός μετατρέπουν το φως σε ενέργεια (ATP και NADHP) και οι σκοτεινές αντιδράσεις χρησιμοποιούν την ενέργεια και το διοξείδιο του άνθρακα για να παράγουν ζάχαρη. Για μια ανασκόπηση της φωτοσύνθεσης, πάρτε το Τεστ φωτοσύνθεσης.