Formuła fotosyntezy: zamienianie światła słonecznego w energię

Źródło: Hanis/E+/Getty Images

Niektóre organizmy muszą wytworzyć energię, której potrzebują do przetrwania. Organizmy te są zdolne do pochłaniania energii ze światła słonecznego i wykorzystywania jej do produkcji cukier oraz inne związki organiczne takie jak lipidy oraz białka . Cukry są następnie wykorzystywane do dostarczania organizmowi energii. Proces ten, zwany fotosyntezą, jest wykorzystywany przez organizmy fotosyntetyczne włącznie z rośliny , glony i sinic.

Równanie fotosyntezy

W fotosyntezie energia słoneczna jest przekształcana w energię chemiczną. Energia chemiczna jest magazynowana w postaci glukozy (cukru). Dwutlenek węgla, woda i światło słoneczne są wykorzystywane do produkcji glukozy, tlenu i wody. Równanie chemiczne tego procesu to:

6CO_dwa+ 12 godzin_dwaO + światło → C₆H₁₂O₆+ 60_dwa+6H_dwaO

Sześć cząsteczek dwutlenku węgla (6CO_dwa) i dwanaście cząsteczek wody (12H_dwaO) są zużywane w procesie, natomiast glukoza (C₆H₁₂O₆), sześć cząsteczek tlenu (6O_dwa) i sześć cząsteczek wody (6H_dwaO) są produkowane.

To równanie można uprościć jako: 6CO_dwa+6H_dwaO + światło → C₆H₁₂O₆+ 60_dwa .

Fotosynteza w roślinach

W roślinach fotosynteza zachodzi głównie w obrębie odchodzi . Ponieważ fotosynteza wymaga dwutlenku węgla, wody i światła słonecznego, wszystkie te substancje muszą być pozyskiwane lub transportowane do liści. Dwutlenek węgla pozyskiwany jest przez maleńkie pory w liściach roślin zwanych aparatami szparkowymi. Tlen jest również uwalniany przez aparaty szparkowe. Woda jest pozyskiwana przez roślinę przez korzenie i dostarczana do liści poprzez układy tkankowe roślin naczyniowych . Światło słoneczne jest pochłaniane przez chlorofil, zielony pigment znajdujący się w komórka roślinna struktury zwane chloroplasty . Chloroplasty są miejscami fotosyntezy. Chloroplasty zawierają kilka struktur, z których każda ma określone funkcje:

Membrany zewnętrzne i wewnętrzne— pokryć ochronnych, które zamykają struktury chloroplastów.Stroma—gęsty płyn w chloroplastach. Miejsce konwersji dwutlenku węgla do cukru.Tylakoid— spłaszczone woreczkowate struktury membranowe. Miejsce konwersji energii świetlnej na energię chemiczną.Oddział— gęsto ułożone stosy worków tylakoidowych. Miejsca konwersji energii świetlnej na energię chemiczną.Chlorofil— zielony pigment w chloroplastach. Pochłania energię świetlną.

Etapy fotosyntezy

Fotosynteza przebiega dwuetapowo. Te etapy nazywane są reakcjami światła i reakcjami ciemności. Reakcje świetlne zachodzą w obecności światła. Ciemne reakcje nie wymagają bezpośredniego światła, jednak ciemne reakcje u większości roślin zachodzą w ciągu dnia.

Reakcje świetlne występują głównie w stosach tylakoidów grany. Tutaj światło słoneczne jest przekształcane w energię chemiczną w postaci ATP (cząsteczka zawierająca darmową energię) i NADPH (cząsteczka przenosząca elektrony o wysokiej energii). Chlorofil pochłania energię świetlną i rozpoczyna łańcuch etapów, które prowadzą do produkcji ATP, NADPH i tlenu (poprzez rozszczepianie wody). Tlen jest uwalniany przez aparaty szparkowe. Zarówno ATP, jak i NADPH są wykorzystywane w ciemnych reakcjach do produkcji cukru.

Ciemne reakcje występują w zrębie. Dwutlenek węgla jest przekształcany w cukier za pomocą ATP i NADPH. Proces ten jest znany jako wiązanie węgla lub cykl Calvina. Cykl Calvina składa się z trzech głównych etapów: wiązania węgla, redukcji i regeneracji. W procesie wiązania węgla dwutlenek węgla łączy się z cukrem 5-węglowym [rybulozo1,5-bifosforanem (RuBP)] tworząc cukier 6-węglowy. Na etapie redukcji, ATP i NADPH wytworzone w fazie lekkiej reakcji są wykorzystywane do przekształcenia cukru 6-węglowego w dwie cząsteczki 3-węglowego węglowodan , 3-fosforan aldehydu glicerynowego. 3-fosforan aldehydu glicerynowego jest używany do produkcji glukozy i fruktozy. Te dwie cząsteczki (glukoza i fruktoza) łączą się, tworząc sacharozę lub cukier. Na etapie regeneracji niektóre cząsteczki 3-fosforanu aldehydu glicerynowego są łączone z ATP i przekształcane z powrotem w 5-węglowy cukier RuBP. Po zakończeniu cyklu RuBP można połączyć z dwutlenkiem węgla, aby rozpocząć cykl od nowa.

Podsumowanie fotosyntezy

Podsumowując, fotosynteza to proces, w którym energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną i wykorzystywana do produkcji związków organicznych. W roślinach fotosynteza zwykle zachodzi w chloroplastach znajdujących się w liściach roślin. Fotosynteza składa się z dwóch etapów, reakcji światła i reakcji ciemności. Reakcje świetlne przekształcają światło w energię (ATP i NADHP), a reakcje ciemne wykorzystują energię i dwutlenek węgla do produkcji cukru. Aby zapoznać się z przeglądem fotosyntezy, weź Fotosynteza Quiz .