Φωτοσύνθεση
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά και άλλα πράγματα παράγουν τροφή. Πρόκειται για μια ενδόθερμη (απορροφά θερμότητα) χημική διαδικασία που χρησιμοποιεί το ηλιακό φως για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε σάκχαρα που το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει ως ενέργεια. Εκτός από τα φυτά, πολλά είδη φυκών, πρωτόζωων και βακτηρίων τη χρησιμοποιούν για να πάρουν τροφή. Η φωτοσύνθεση είναι πολύ σημαντική για τη ζωή στη Γη. Εξαίρεση αποτελούν ορισμένοι οργανισμοί που παίρνουν την ενέργειά τους απευθείας από χημικές αντιδράσεις- οι οργανισμοί αυτοί ονομάζονται χημειοαυτότροφοι.
Η φωτοσύνθεση μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους, αλλά υπάρχουν ορισμένα μέρη που είναι κοινά.
6 CO2(g) + 6 H2O + φωτόνια → C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
διοξείδιο του άνθρακα + νερό + φωτεινή ενέργεια → γλυκόζη + οξυγόνο
Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο φύλλο μέσω των στομάτων με διάχυση από την ατμόσφαιρα.
Το νερό απορροφάται από το έδαφος από τα κύτταρα των ριζικών τριχών, τα οποία έχουν αυξημένη επιφάνεια για αυξημένη πρόσληψη νερού.
Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στο χλωροπλάστη (που βρίσκεται στα κύτταρα των φύλλων), ο οποίος περιέχει τη χλωροφύλλη, την πράσινη χρωστική ουσία που απορροφά την ενέργεια του φωτός. Στα φύλλα, τα παλίνδρομα κύτταρα έχουν πολλούς χλωροπλάστες για να δεσμεύουν περισσότερο φως. Με αυτόν τον τρόπο, το φυτό μπορεί να κάνει περισσότερη φωτοσύνθεση.
Το οξυγόνο είναι προϊόν αποβλήτων: χρησιμοποιείται για την αναπνοή ή διαχέεται πίσω από το φύλλο μέσω των στοματίων.
Η γλυκόζη χρησιμοποιείται για την αναπνοή (για την απελευθέρωση ενέργειας στα κύτταρα). Αποθηκεύεται με τη μορφή αμύλου (το οποίο μετατρέπεται ξανά σε γλυκόζη για την αναπνοή στο σκοτάδι). Η γλυκόζη μπορεί επίσης να μετατραπεί σε άλλες ενώσεις για την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή, π.χ. κυτταρίνη, νέκταρ, φρουκτόζη, αμινοξέα και λίπη.
Η ενέργεια από το ηλιακό φως, το νερό που απορροφάται από τις ρίζες και το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα παράγουν γλυκόζη και οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης.
Αντιδράσεις
Η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει δύο κύριες ομάδες αντιδράσεων. Οι φωτοεξαρτώμενες αντιδράσεις χρειάζονται φως για να επιτελέσουν έργο και οι φωτοανεξάρτητες αντιδράσεις, οι οποίες δεν χρειάζονται φως για να επιτελέσουν έργο.
Φωτοεξαρτώμενη αντίδραση
Η φωτεινή ενέργεια από τον ήλιο χρησιμοποιείται για τη διάσπαση των μορίων του νερού (φωτόλυση). Το φως του ήλιου προσπίπτει στους χλωροπλάστες του φυτού, προκαλώντας τη διάσπαση του νερού από ένα ένζυμο. Το νερό, όταν διασπάται, παράγει οξυγόνο, υδρογόνο και ηλεκτρόνια.
Το υδρογόνο, μαζί με τα ηλεκτρόνια που ενεργοποιούνται από το φως, μετατρέπει το NADP σε NADPH, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται στις αντιδράσεις που δεν εξαρτώνται από το φως. Το οξυγόνο διαχέεται από το φυτό ως απόβλητο προϊόν της φωτοσύνθεσης και το ΑΤΡ συντίθεται από ADP και ανόργανο φωσφορικό άλας. Όλα αυτά συμβαίνουν στο grana των χλωροπλαστών.
Αντίδραση ανεξάρτητη από το φως
Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, τα σάκχαρα δημιουργούνται χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα και τα προϊόντα των αντιδράσεων που εξαρτώνται από το φως (ATP και NADPH) και διάφορες άλλες χημικές ουσίες που βρίσκονται στο φυτό στον κύκλο Calvin. Επομένως, η φωτοανεξάρτητη αντίδραση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς την φωτοεξαρτώμενη αντίδραση. Το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται στο φυτό και μαζί με τις χημικές ουσίες στον χλωροπλάστη, το ATP και το NADPH, δημιουργείται γλυκόζη και, τέλος, μεταφέρεται γύρω από το φυτό με μετατόπιση.
Διάγραμμα ενός χλωροπλάστη
Πρώιμη εξέλιξη
Οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί αναπτύχθηκαν πιθανότατα νωρίς στην ιστορία της ζωής. Μπορεί να χρησιμοποιούσαν αναγωγικούς παράγοντες όπως το υδρογόνο ή το υδρόθειο ως πηγές ηλεκτρονίων, αντί για το νερό. Τα κυανοβακτήρια εμφανίστηκαν αργότερα και η περίσσεια οξυγόνου που παρήγαγαν συνέβαλε στην καταστροφή του οξυγόνου. Αυτό κατέστησε δυνατή την εξέλιξη της πολύπλοκης ζωής.
Αποτελεσματικότητα
Σήμερα, ο μέσος ρυθμός δέσμευσης ενέργειας από τη φωτοσύνθεση σε παγκόσμιο επίπεδο είναι περίπου 130 τεραβάτ, δηλαδή περίπου έξι φορές μεγαλύτερος από την ισχύ που χρησιμοποιεί σήμερα ο ανθρώπινος πολιτισμός. Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί μετατρέπουν επίσης περίπου 100-115 χιλιάδες εκατομμύρια μετρικούς τόνους άνθρακα σε βιομάζα ετησίως.
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ε: Τι είναι η φωτοσύνθεση;
A: Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται από τα φυτά και ορισμένους μικροοργανισμούς για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε σάκχαρα με τη χρήση του ηλιακού φωτός. Μετατρέπει την ενέργεια του φωτός σε χημική ενέργεια.
Ερ: Ποια είναι τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης;
Α: Τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι οι υδατάνθρακες, οι οποίοι χρησιμοποιούνται από τα κύτταρα ως ενέργεια και για τη δημιουργία άλλων μορίων.
Ερ: Πώς επηρεάζει η φωτοσύνθεση τη ζωή στη Γη;
Α: Η φωτοσύνθεση είναι ζωτικής σημασίας για τη ζωή στη Γη, επειδή ήταν υπεύθυνη για την εισαγωγή ελεύθερου οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Χωρίς αυτήν, δεν θα υπήρχε ζωή στη Γη.
Ερ: Ποιος χρησιμοποιεί τη φωτοσύνθεση;
Α: Τα πράσινα φυτά, τα φύκη, τα πρωτόζωα και ορισμένα βακτήρια χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση. Ορισμένοι οργανισμοί που παίρνουν την ενέργειά τους από χημικές αντιδράσεις ονομάζονται χημειοαυτότροφοι και δεν χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση.
Ερ: Η φωτοσύνθεση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη αντίδραση;
Α: Η φωτοσύνθεση είναι μια ενδόθερμη αντίδραση, δηλαδή χρειάζεται θερμότητα για να πραγματοποιηθεί.
Ερ: Σε τι είδους ενέργεια μετατρέπει η φωτοσύνθεση το φως;
Α: Η φωτομύθιση μετατρέπει την ενέργεια του φωτός σε χημική ενέργεια.
