Фотосинтезата е процес на превръщане на светлинната енергия в химическа енергия, осъществяван от растения, водорасли и цианобактерии
Редактирано и преоразмерено изображение на Самюел Остин, достъпно в Unsplash
Думата фотосинтеза означава синтез от светлина и се отнася до един от най-важните биологични процеси на Земята. С освобождаването на кислород и консумирането на въглероден диоксид, фотосинтезата превърна света в обитаема среда, която познаваме днес. Освен това процесът е основният източник на енергия за всички живи същества.
Холандският физик Ян Ингенхоуз е първият, който открива, че растенията произвеждат кислород в присъствието на слънчева светлина, през 1779 г. и е считан за откривател на фотосинтезата. През 1782 г. Жан Сенебиер добавя, че в допълнение към слънчевата светлина, фотосинтезата използва въглероден диоксид. През 1818 г. Мария Пелетие и Джоузеф Кавенту въвеждат термина „хлорофил“, за да се отнасят до зеления пигмент и са снабдени с фоторецепторни ензими, които правят възможна фотосинтезата.
Какво е фотосинтеза
Фотосинтезата може да се определи като процес на превръщане на светлинната енергия в химическа енергия. Извършва се от растения, водорасли и цианобактерии, които са класифицирани като автотрофни и фотосинтетични организми, тъй като са в състояние да произвеждат собствена храна от светлина.
Значението на фотосинтезата
Кислородът, произведен от фотосинтетични организми, е основен за поддържането на живота на планетата, каквато я познаваме. Освен това продуктите, генерирани от фотосинтеза, са оформили материалната история на човечеството, тъй като са породили ресурси като нефт, природен газ, целулоза, въглища и дърва за огрев. Тези ресурси съществуват в резултат на превръщането на слънчевата светлина в енергийни резерви (фотосинтеза), последвано от други геоложки и технологични процеси.
Уравнение за фотосинтеза
Фотосинтезата е дълъг и сложен процес, който може да се обобщи като цяло чрез следното уравнение:
- 6CO2 + 12H2O + светлина → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Където се случва фотосинтезата
При растенията и водораслите фотосинтезата се случва в хлоропластите. При цианобактериите се извършва до мембранни ламели, присъстващи в течната част на цитоплазмата.
Хлоропластът е органела, която има външна и вътрешна мембрана. Вътрешността му има ципести ламели, свързани с малки джобове, наречени тилакоиди. Вътрешното пространство се запълва от стромата, вискозна течност, която съдържа ДНК, рибозоми и ензими, които подпомагат процеса на фотосинтеза. В тези тилакоиди и покривни стъкла се открива хлорофил.
Стъпки на фотосинтеза
Фотосинтезата може да бъде разделена на две фази: фотохимична фаза и химическа фаза.
Фотохимичната фаза настъпва само в присъствието на светлина и се проявява в тилакоидите и мембранните ламели. Основната му функция е да преобразува светлинната енергия в химическа енергия. Състои се от два основни процеса: фотолиза на водата и фотофосфорилиране.
Химичната фаза не зависи от светлината и се извършва в друга част на хлоропласта, стромата. В него продуктите от предишната фаза, фотохимията, се присъединяват към атмосферния CO2, за да произвеждат глюкоза, вода и нишесте, в така наречения цикъл на Калвин-Бенсън.
Фотохимична фаза
Водна фотолиза
Водната фотолиза е първият етап на фотосинтезата и е моментът, когато получената светлинна енергия насърчава разграждането на водните молекули, генерирайки кислороден газ, електрони и Н +. Газообразният кислород се освобождава в атмосферата, докато свободните молекули на водорода (H +) се привличат към съединение, наречено NADP +, което води до NADPH, който ще се използва в химическата фаза за изграждане на молекули на глюкозата.
Този етап е представен от формулите:- H2O ⇾ 2H + + 2 електрона + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Фотофосфорилиране
При фотофосфорилирането се получава образуването на АТФ, от добавянето на неорганичен фосфат (Pi) към молекула ADP (аденозин дифосфат), използвайки светлинна енергия. АТФ молекулите са основната форма на химическа енергия, синтезирана от живи същества. Този етап на фотофосфорилиране протича паралелно с водната фотолиза и всеки от тях генерира продукти, които ще бъдат използвани в следващата фаза на фотосинтезата.
Тази стъпка е представена с формулата: ADP + Pi ⇾ ATP
Химическа фаза
Последната фаза на фотосинтезата, в химическата фаза се използва въглеродният диоксид от околната среда или клетъчното дишане на растението и се използват две съединения, генерирани в предишната фаза: ATP и NADPH. На този етап възниква така нареченият цикъл на Калвин-Бенсън, последователност от реакции, които генерират глюкоза, вода и нишесте.
Заключение
Фотосинтезата е резултат от свързването на двете фази, описани по-горе, фотохимичната фаза и химическата фаза. Всички форми на живот на Земята зависят по някакъв начин от продуктите, генерирани от фотосинтезата: кислород и глюкоза. В допълнение, фотосинтезата е от съществено значение за баланса на атмосферния състав.
