Fotoszintézis
A fotoszintézis az a folyamat, amelynek során a növények és más dolgok táplálékot állítanak elő. Ez egy endoterm (hőt vesz fel) kémiai folyamat, amely a napfényt felhasználva szén-dioxidot alakít át cukorrá, amelyet a sejt energiaként tud felhasználni. A növények mellett számos algafajta, őslény és baktérium is ezt használja táplálékszerzésre. A fotoszintézis nagyon fontos a földi élet számára. Kivételt képeznek bizonyos szervezetek, amelyek közvetlenül kémiai reakciókból nyerik az energiát; ezeket a szervezeteket kemoautotrófoknak nevezzük.
A fotoszintézis különböző módon történhet, de van néhány közös rész.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotonok → C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
szén-dioxid + víz + fényenergia → glükóz + oxigén
A szén-dioxid a levélbe a sztómákon keresztül jut be a légkörből diffúzió útján.
A vizet a talajból a gyökérszőrsejtek szívják fel, amelyek megnövelt felülettel rendelkeznek a fokozott vízfelvételhez.
A fotoszintézis a kloroplasztiszban történik (a levélsejtekben található), amely a klorofillt, a fényenergiát elnyelő zöld pigmentet tartalmazza. A levelekben a paliszádsejtekben sok kloroplasztisz van, hogy több fényt tudjanak befogadni. Így a növény több fotoszintézist tud végezni.
Az oxigén hulladéktermék: a légzéshez használják fel, vagy a sztómákon keresztül diffundál vissza a levélből.
A glükózt a légzéshez (a sejtekben lévő energia felszabadításához) használják. Keményítő formájában tárolódik (amely a sötétben visszaalakul glükózzá a légzéshez). A glükóz a növekedés és a szaporodás érdekében más vegyületekké is átalakítható, pl. cellulózzá, nektárrá, fruktózzá, aminosavakká és zsírokká.
A napfény energiája, a gyökerek által felszívott víz és a légkörből származó szén-dioxid fotoszintézis útján glükózt és oxigént termel.
Reakciók
A fotoszintézis két fő reakciócsoportból áll. A fényfüggő reakcióknak fényre van szükségük a munkához; és a fényfüggetlen reakciók, amelyeknek nincs szükségük fényre a munkához.
Fényfüggő reakció
A napfény energiáját a vízmolekulák felhasítására (fotolízis) használják fel. A napfény a növény kloroplasztiszait éri, ami egy enzimet késztet a víz szétbontására. A víz felbontásakor oxigén, hidrogén és elektronok keletkeznek.
A hidrogén a fény által gerjesztett elektronokkal együtt a NADP-t NADPH-vá alakítja, amelyet aztán a fénytől független reakciókban használnak fel. Az oxigén a fotoszintézis hulladéktermékeként diffundál ki a növényből, az ATP pedig ADP-ből és szervetlen foszfátból szintetizálódik. Mindez a kloroplasztiszok magjában történik.
Fénytől független reakció
E reakció során a Calvin-ciklusban a szén-dioxid és a fényfüggő reakciók termékei (ATP és NADPH), valamint a növényben található különböző egyéb vegyi anyagok felhasználásával épülnek fel cukrok. Ezért a fényfüggetlen reakció nem mehet végbe a fényfüggő reakció nélkül. A szén-dioxid a növénybe diffundál, és a kloroplasztiszban lévő vegyi anyagokkal, az ATP-vel és a NADPH-val együtt glükóz keletkezik, amely végül transzlokáció útján a növényben szállítja a glükózt.
A kloroplasztisz ábrája
Korai evolúció
Az első fotoszintetizáló szervezetek valószínűleg az élet történetének korai szakaszában alakultak ki. Lehet, hogy víz helyett redukáló anyagokat, például hidrogént vagy hidrogén-szulfidot használtak elektronforrásként. A cianobaktériumok később jelentek meg, és az általuk termelt oxigénfelesleg hozzájárult az oxigénkatasztrófához. Ez tette lehetővé az összetett élet evolúcióját.
Hatékonyság
Napjainkban a fotoszintézis által világszerte átlagosan 130 terawatt energiát nyerünk, ami körülbelül hatszor nagyobb, mint az emberi civilizáció által jelenleg felhasznált energia. A fotoszintetizáló szervezetek évente mintegy 100-115 ezer millió tonna szenet is átalakítanak biomasszává.
Kapcsolódó oldalak
Kérdések és válaszok
K: Mi az a fotoszintézis?
V: A fotoszintézis a növények és egyes mikroorganizmusok által használt folyamat, amelynek során a szén-dioxidot a napfény segítségével cukorrá alakítják. A fényenergiát kémiai energiává alakítja át.
K: Mik a fotoszintézis termékei?
V: A fotoszintézis termékei a szénhidrátok, amelyeket a sejtek energiaként és más molekulák felépítésére használnak fel.
K: Hogyan befolyásolja a fotoszintézis a földi életet?
V: A fotoszintézis létfontosságú a földi élet számára, mivel ez volt a felelős a szabad oxigén légkörbe juttatásáért. Enélkül nem lenne élet a Földön.
K: Ki használja a fotoszintézist?
V: A zöld növények, az algák, az őslények és egyes baktériumok használják a fotoszintézist. Néhány olyan szervezetet, amely kémiai reakciókból nyeri az energiát, kemoautotrófnak neveznek, és nem használnak fotoszintézist.
K: A fotoszintézis exoterm vagy endoterm reakció?
V: A fotoszintézis endoterm reakció, ami azt jelenti, hogy hőre van szükség ahhoz, hogy végbemenjen.
K: Milyen energiává alakítja a fotoszintézis a fényt?
V: A fotoszintézis a fényenergiát kémiai energiává alakítja át.
