Fotosynteza. Czym jest i w jaki sposób przebiega?
Fotosynteza to proces, podczas którego z materii nieorganicznej wytwarza się związek organiczny. Zachodzi w komórkach zawierających bakteriochlorofil lub chlorofil, z udziałem światła. To jedna z najważniejszych przemian na Ziemi, niezbędna do życia - jej produktem jest tlen. Jak to działa?
1. Czym jest fotosynteza?
Fotosynteza to, mówiąc najprościej, sposób odżywiania roślin, który obok chemosyntezy (w której procesy zachodzą z udziałem czynnika chemicznego, a nie jak w przypadku fotosyntezy - światła) jest swoistym autotrofizmem (samodzielnym wytwarzaniem życiodajnej energii).
Jest procesem biochemicznym, który polega na wytwarzania złożonej materii organicznej z prostych związków nieorganicznych z udziałem energii słonecznej.
Zachodzi u roślin, niektórych grup bakterii i protistów roślinopodobnych. W przypadku bakterii ma miejsce w tylakoidach, u roślin i protistów roślinopodobnych zaś w chloroplastach.
Innym sposobem odżywiania się heterotrofizm, czyli pozyskiwanie energii z innych żywych organizmów. Do heterotrofów możemy zaliczyć saprofity, saprofagi, mięsożerców, roślinożerców i wszystkożerców.
Związki wytwarzane w fotosyntezie są więc pierwszym ogniwem w łańcuchu pokarmowym, do którego dołącząją kolejne wyżej wspomniane heterotrofy. Warto zauważyć, że dzięki procesowi fotosyntezy do obiegu materii w przyrodzie wchodzi węgiel.
2. Etapy fotosyntezy
Proces fotosyntezy możemy podzielić na dwa etapy:
- fazę jasną - etap ten określamy jako fazę przemiany energii, podczas której światło jest absorbowane, jego energia zaś zamieniana jest na energię wiązań chemicznych; w tym etapie produktem ubocznym jest tlen;
- fazę ciemną - etap ten określamy jako fazę przemiany substancji, kiedy energia wiązań chemicznych (związków powstałych w fazie jasnej) wykorzystywana jest do syntezy związków organicznych.
Wyżej wymienione fazy zachodzą w tym samym czasie. Wydajność zamiany energii światła na energię wiązań chemicznych węglowodanów wynosi od 0,1 - 8%.
3. Przebieg fotosyntezy
Podstawowymi substancjami, które są wykorzystywane przez rośliny do wytwarzania pokarmu, są dwa proste nieorganiczne związki:
- dwutlenek węgla;
- woda.
Woda jest pobierana przez rośliny z gleby, dwutlenek węgla zaś z powietrza. Z tych dwóch związków w procesie fotosyntezy powstaje cukier prosty - glukoza.
Aby ten proces mógł mieć miejsce, niezbędny jest zielony barwnik, który pochłania światło - chlorofil. Rozpoczyna w ten sposób ciąg reakcji chemicznych, z których jedną jest rozkład wody na tlen i wodór.
Tlen jest efektem ubocznym i jest wydalany do atmosfery, wodór zaś razem z dwutlenkiem węgla służy do wytwarzania cukrów.
Energia słoneczna zostaje zmagazynowana w cząsteczkach glukozy. Wszystkie reakcje chemiczne zachodzą w odpowiednim tempie dzięki wyspecjalizowanym białkom - enzymom. Im fotosynteza jest bardziej intensywna, tym więcej substancji organicznej rośliny wytwarzają.
4. Rodzaje fotosyntezy
Wyróżniamy dwa rodzaje fotosyntezy:
- oksygeniczną, która przebiega z uwolnieniem tlenu. Zachodzi u areobów (roślin, sinic i protistów roślinopodobnych), źródłem elektronów w fazie zależnej od światła jest woda, produktem ubocznym zaś tlen.
Przebieg możemy zapisać w poniższy sposób:
6 CO2 + 6 H2O ----energia świetlna-------> C6H12O6 + 6 O2
gdzie: 6H2O to sześć cząsteczek wody, 6CO2 to sześć cząsteczek dwutlenku węgla, C6H12O6 to pojedyncza cząsteczka glukozy, a 6O2 to sześć cząsteczek tlenu.
- anoksygeniczną, która przebiega bez uwolnienia tlenu. Zachodzi u anaerobów - bakterii purpurowych i zielonych, źródłem elektronów w fazie zależnej od światła jest prosty związek organiczny lub nieorganiczny; w tym przypadku tlen nie powstaje.
