Fotosüntees on valgusenergia keemiliseks energiaks muundamise protsess, mille viivad läbi taimed, vetikad ja tsüanobakterid
Redigeeritud ja suurusega Samuel Austini pilt, mis on saadaval saidil Unsplash
Sõna fotosüntees tähendab valgusünteesi ja viitab ühele olulisemale bioloogilisele protsessile Maal. Hapniku eraldamise ja süsinikdioksiidi tarbimisega on fotosüntees muutnud maailma tänaseks elamiskõlblikuks keskkonnaks. Lisaks on protsess kõigi elusolendite peamine energiaallikas.
Hollandi füüsik Jan Ingenhousz avastas esimesena, et taimed toodavad päikesevalguse käes hapnikku 1779. aastal ja neid peeti fotosünteesi avastajaks. 1782. aastal lisas Jean Senebier, et lisaks päikesevalgusele kasutab fotosüntees ka süsinikdioksiidi. 1818. aastal võtsid Maria Pelletier ja Joseph Caventou kasutusele termini "klorofüll", viidates rohelisele pigmendile ja omades fotoretseptori ensüüme, mis võimaldavad fotosünteesi.
Mis on fotosüntees
Fotosünteesi võib määratleda kui valgusenergia muundamise protsessi keemiliseks energiaks. Seda viivad läbi taimed, vetikad ja tsüanobakterid, mis liigitatakse autotroofseteks ja fotosünteetilisteks organismideks, kuna nad on võimelised valgusest ise toitu tootma.
Fotosünteesi tähtsus
Fotosünteesivate organismide poolt toodetud hapnik on meie planeedil elu säilitamiseks ülitähtis. Lisaks on fotosünteesist saadud tooted kujundanud inimkonna materiaalset ajalugu, kuna neist on tekkinud ressursse nagu nafta, maagaas, tselluloos, kivisüsi ja küttepuud. Need ressursid eksisteerivad päikesevalguse muundamise tagajärjel energiavarudeks (fotosüntees), millele järgnevad muud geoloogilised ja tehnoloogilised protsessid.
Fotosünteesi võrrand
Fotosüntees on pikk ja keeruline protsess, mille võib kokku võtta järgmise võrrandiga:
- 6CO2 + 12H2O + valgus → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Kus toimub fotosüntees
Taimedes ja vetikates toimub fotosüntees kloroplastide sees. Tsüanobakterites viiakse see läbi tsütoplasma vedelas osas esinevate membraaniliste lamellide kõrval.
Kloroplast on organell, millel on välimine ja sisemine membraan. Selle sisemuses on membraansed lamellid, mis on kinnitatud väikestesse taskutesse, mida nimetatakse tülakoidideks. Sisemise ruumi täidab strooma, viskoosne vedelik, mis sisaldab DNA-d, ribosoome ja ensüüme, mis aitavad kaasa fotosünteesi protsessile. Nendes tülakoidides ja katteklaasides leidub klorofülli.
Fotosünteesi etapid
Fotosünteesi võib jagada kahte faasi: fotokeemiline ja keemiline faas.
Fotokeemiline faas toimub ainult valguse juuresolekul ja esineb tülakoidides ja membraanilistes lamellides. Selle peamine ülesanne on muuta valgusenergia keemiliseks energiaks. See koosneb kahest peamisest protsessist: vee fotolüüs ja fotofosforüülimine.
Keemiline faas ei sõltu valgusest ja see toimub kloroplasti teises osas, stroomas. Selles ühinevad eelmise faasi, fotokeemia tooted atmosfääri CO2-ga, saades glükoosi, vett ja tärklist nn Calvin-Bensoni tsüklis.
Fotokeemiline faas
Vee fotolüüs
Vee fotolüüs on fotosünteesi esimene etapp ja see on hetk, mil saadud valgusenergia soodustab veemolekulide lagunemist, tekitades hapniku gaasi, elektrone ja H +. Gaasiline hapnik eraldub atmosfääri, samal ajal kui vabad vesiniku molekulid (H +) tõmbuvad ühendi nimega NADP +, mis annab NADPH, mida kasutatakse keemilises faasis glükoosimolekulide ehitamiseks.
Seda sammu esindavad valemid:- H2O ⇾ 2H + + 2 elektroni + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofosforüülimine
Fotofosforüülimisel toimub ATP moodustumine alates anorgaanilise fosfaadi (Pi) lisamisest ADP (adenosiindifosfaadi) molekulini, kasutades valgusenergiat. ATP molekulid on elusolendite sünteesitava keemilise energia peamine vorm. See fotofosforüülimise etapp toimub paralleelselt vee fotolüüsiga ja igaüks neist tekitab tooteid, mida kasutatakse järgmises fotosünteesi faasis.
Seda sammu esindab valem: ADP + Pi ⇾ ATP
Keemiline faas
Fotosünteesi viimane faas, see on keemilises faasis, kasutatakse taime keskkonnast või rakuhingamisest pärinevat süsinikdioksiidi ja kasutatakse kahte eelmises faasis tekkinud ühendit: ATP ja NADPH. Selles etapis toimub nn Calvin-Bensoni tsükkel - reaktsioonide jada, mis tekitab glükoosi, vett ja tärklist.
Järeldus
Fotosüntees on kahe eespool kirjeldatud faasi, fotokeemilise ja keemilise faasi ühendamise tulemus. Kõik Maa eluvormid sõltuvad mingil moel fotosünteesi käigus tekkivatest produktidest: hapnikust ja glükoosist. Lisaks on atmosfääri koostise tasakaalu saavutamiseks hädavajalik fotosüntees.
