Fotosynteesi on prosessi, jolla valoenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi, jonka suorittavat kasvit, levät ja syanobakteerit
Muokattu ja kokoa muutettu kuva Samuel Austinista, saatavana Unsplash-sivustolta
Sana fotosynteesi tarkoittaa valon synteesiä ja viittaa maapallon tärkeimpiin biologisiin prosesseihin. Vapauttamalla happea ja kuluttamalla hiilidioksidia fotosynteesi on muuttanut maailman asuinkelpoiseksi ympäristöksi, jonka tunnemme tänään. Lisäksi prosessi on ensisijainen energialähde kaikille eläville.
Hollantilainen fyysikko Jan Ingenhousz huomasi ensimmäisenä, että kasvit tuottivat happea auringonvalossa, vuonna 1779, ja niitä pidettiin fotosynteesin löytäjinä. Vuonna 1782 Jean Senebier lisäsi, että auringonvalon lisäksi fotosynteesissä käytetään hiilidioksidia. Vuonna 1818 Maria Pelletier ja Joseph Caventou loivat sanan "klorofylli" viittaamaan vihreään pigmenttiin ja niissä on fotosynteesin mahdollistavat fotoreseptorientsyymit.
Mikä on fotosynteesi
Fotosynteesi voidaan määritellä prosessiksi, jolla valoenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi. Sen suorittavat kasvit, levät ja syanobakteerit, jotka luokitellaan autotrofisiksi ja fotosynteettisiksi organismeiksi, koska ne pystyvät tuottamaan omaa ruokaa valosta.
Fotosynteesin merkitys
Fotosynteettisten organismien tuottama happi on välttämätöntä planeetan elämän ylläpitämiselle, sellaisena kuin me sen tunnemme. Lisäksi fotosynteesistä saadut tuotteet ovat muokkaaneet ihmiskunnan aineellista historiaa, koska ne ovat tuottaneet resursseja, kuten öljyä, maakaasua, selluloosaa, hiiltä ja polttopuuta. Nämä resurssit ovat seurausta auringonvalon muuttumisesta energiavaroiksi (fotosynteesi), jota seuraavat muut geologiset ja teknologiset prosessit.
Fotosynteesiyhtälö
Fotosynteesi on pitkä ja monimutkainen prosessi, joka voidaan tiivistää yleensä seuraavalla yhtälöllä:
- 6CO2 + 12H2O + valo → C6H12O6 + 6O2 + 6H20
Missä fotosynteesi tapahtuu
Kasveissa ja levissä fotosynteesi tapahtuu kloroplastien sisällä. Syanobakteereissa se suoritetaan sytoplasman nestemäisessä osassa olevien membraanisten lamellien vieressä.
Kloroplasti on organelli, jolla on ulkokalvo ja sisäkalvo. Sen sisätiloissa on kalvomaiset lamellit, jotka on kiinnitetty pieniin taskuihin, joita kutsutaan tyloideiksi. Sisäisen tilan täyttää strooma, viskoosi neste, joka sisältää DNA: ta, ribosomeja ja entsyymejä, jotka auttavat fotosynteesin prosessissa. Klorofylli löytyy näistä tyloaksoideista ja peitehuulista.
Fotosynteesivaiheet
Fotosynteesi voidaan jakaa kahteen vaiheeseen: fotokemialliseen ja kemialliseen vaiheeseen.
Fotokemiallinen vaihe tapahtuu vain valon läsnä ollessa ja tapahtuu tyloaksoideissa ja kalvomaisissa lamelleissa. Sen päätehtävä on muuntaa valoenergia kemialliseksi energiaksi. Se koostuu kahdesta pääprosessista: veden fotolyysi ja fotofosforylaatio.
Kemiallinen faasi ei riipu valosta, ja se suoritetaan kloroplastin toisessa osassa, stromassa. Siinä edellisen vaiheen, fotokemian, tuotteet yhdistävät ilmakehän CO2: n tuottamaan glukoosia, vettä ja tärkkelystä ns. Calvin-Benson-syklissä.
Fotokemiallinen vaihe
Veden fotolyysi
Veden fotolyysi on fotosynteesin ensimmäinen vaihe, ja se on hetki, jolloin saatu valoenergia edistää vesimolekyylien hajoamista, jolloin syntyy happikaasua, elektroneja ja H +. Kaasumaista happea vapautuu ilmakehään, kun taas vapaat vetymolekyylit (H +) houkuttelevat NADP + -nimiseen yhdisteeseen, jolloin syntyy NADPH, jota käytetään kemiallisessa vaiheessa glukoosimolekyylien rakentamiseksi.
Tätä vaihetta edustavat kaavat:- H2O ⇾ 2H + + 2 elektronia + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofosforylaatio
Fotofosforylaatiossa tapahtuu ATP: n muodostuminen epäorgaanisen fosfaatin (Pi) lisäyksestä ADP-molekyyliin (adenosiinidifosfaatti) käyttämällä valoenergiaa. ATP-molekyylit ovat tärkein elävien olentojen syntetisoiman kemiallisen energian muoto. Tämä fotofosforylaation vaihe tapahtuu samanaikaisesti veden fotolyysin kanssa ja kukin niistä tuottaa tuotteita, joita käytetään fotosynteesin seuraavassa vaiheessa.
Tätä vaihetta edustaa kaava: ADP + Pi ⇾ ATP
Kemiallinen vaihe
Fotosynteesin viimeinen vaihe, kemiallisessa vaiheessa, käytetään kasvin ympäristöstä tai soluhengityksestä peräisin olevaa hiilidioksidia ja käytetään kahta edellisessä vaiheessa syntynyttä yhdistettä: ATP ja NADPH. Tässä vaiheessa tapahtuu niin kutsuttu Calvin-Benson-sykli, reaktiosarja, joka tuottaa glukoosia, vettä ja tärkkelystä.
Johtopäätös
Fotosynteesi on seurausta kahden edellä kuvatun vaiheen, fotokemiallisen ja kemiallisen faasin, yhdistymisestä. Kaikki maapallon elämän muodot riippuvat jollain tavalla fotosynteesin tuottamista tuotteista: happesta ja glukoosista. Lisäksi fotosynteesi on välttämätöntä ilmakehän koostumuksen tasapainon kannalta.
