Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: BIOCHEMIA →

Fotosynteza - życiodajny proces

Fotosynteza to bardzo ważny proces biochemiczny, który przebiega w organizmach roślin, jednokomórkowych glonów, sinic i niektórych bakterii. W procesie tym, prosty cukier - glukoza, syntetyzowany jest z wody i dwutlenku węgla, dzięki energii słonecznej. Dodatkowo wydziela się tlen (wyjątek stanowi fotosynteza beztlenowa u bakterii).
Proces ten ma ogromne i podstawowe znaczenie w ekosystemach ziemskich, bo dzięki niemu powstaje materia organiczna, z której korzystają też te organizmy, które same pokarmu nie potrafią sobie wyprodukować (zwierzęta, grzyby). Poza tym, dwutlenek węgla, będący produktem oddychania, nie kumuluje się w nieskończoność, lecz jest z powrotem wykorzystywany przez fotosyntezę, która ponadto regeneruje zasoby tlenu.

W tym artykule zajmiemy się procesem fotosyntezy, zachodzącym u zielonych eukariontów, czyli organizmów posiadających już w swoich komórkach jądro i chloroplasty. W ich przypadku, fotosynteza umiejscowiona jest w całości w chloroplastach.
Składa się ona z dwóch wyraźnych faz. Są to: faza jasna i faza ciemna. Do przebiegu tej pierwszej niezbędne jest światło, natomiast ta druga zachodzi bez względu na warunki oświetleniowe.

Faza jasna przebiega w błonach tylakoidów gran - struktur, znajdujących się wewnątrz chloroplastów. Uczestniczą w niej dwa, powiązane ze sobą rodzaje układów: fotosystem I i fotosystem II.
Fotosystem II rozbija wodę na tlen, jony wodorowe i elektrony. W tym procesie uczestniczy ciekawe białko, zawierające jako kofaktor 4 jony manganu. Jony wodoru pompowane są do wnętrza tylakoidów, dzięki czemu tworzy się gradient ich stężenia. Wykorzystywany on jest do napędzania produkcji ATP - związku niosącego dużo energii chemicznej.
Natomiast elektrony przekazywane są na chlorofil, gdzie zostają wzbudzone przez padające fotony światła słonecznego. Przy powrocie ze stanu wzbudzenia, elektrony, za pośrednictwem specjalnych białek i cząsteczek (plastochinony, cytochrom bf), dalej pompują jony wodoru do wnętrza tylakoidów, co później zamieniane jest również na energię wiązań ATP.
Oto sumaryczny zapis reakcji w fotosystemie II:

2 H2O + fotony światła → 4 H+ + 4 elektrony + O2(tlen)

Następnie, elektrony z fotosystemu II przechodzą do fotosystemu I, gdzie znów trafiają na cząsteczki chlorofilu i znów zostają wzbudzone. Ale tym razem ich powrót do stanu normalnego odbywa się z pomocą białka - ferredoksyny, która redukuje NADP+ do związku o wysokiej energii - NADPH. Sumaryczny zapis reakcji w fotosystemie I wygląda następująco:

2 H+ + 4 elektrony + 2 NADP+ → 2 NADPH

Podsumowując: w fazie jasnej woda rozbijana jest na tlen, elektrony i jony wodoru. Te dwa ostatnie produkty służą do syntezy wysokoenergetycznego NADPH. Reakcje tej fazy możemy zbiorczo zapisać:

2 H2O + 2 NADP+ + fotony światła → 2 H+ + 2 NADPH + O2(tlen)

Wiemy też, że jony wodoru, które nie zostały związane przez NADP+, a są produktami tej reakcji (prawa strona), służą do syntezy wysokoenergetycznego ATP (3 cząsteczki ATP na 2H+).
Dlaczego obydwa związki wysokoenergetyczne: ATP i NADPH są tak ważne? Otóż biorą one dalej udział w fazie ciemnej fotosyntezy.

W fazie ciemnej następuje wiązanie dwutlenku węgla (CO2) i NADPH przez skomplikowany system fosfocukrów, zwany cyklem Calvina. Cały ten proces zlokalizowany jest w tzw. stromie, czyli macierzy wypełniającej chloroplasty. W jego wyniku powstaje glukoza, a energię do jego przebiegu zapewnia dodatkowo 18 cząteczek ATP na jedną produkowaną cząsteczkę glukozy.
Przebieg fazy ciemnej możemy zapisać następująco:

6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ → C6H12O6(glukoza) + 6 H2O + 12 NADP+

Z naszego sumarycznego zapisu fazy jasnej wynika, że z dwóch cząsteczek wody produkowane są tylko 2 cząsteczki NADPH. Jako, że do wyprodukowania 1 molekuły glukozy potrzeba w fazie ciemnej 12 NADPH, to naszą wcześniejszą reakcję fazy jasnej pomnóżmy obustronnie przez 6. Oto wynik:

12 H2O + 12 NADP+ + fotony światła → 12 H+ + 12 NADPH + 6 O2(tlen)

Teraz możemy "zgrać" ze sobą dwa ostatnie zapisy reakcji dwóch faz fotosyntezy: jasnej i ciemnej. Dokonamy tego, dodając do siebie osobno lewe, a osobno - prawe strony reakcji i skreślając składniki, które wystąpią po obydwu stronach scalonego równania. Otrzymamy nareszcie sumaryczny, wypadkowy zapis fotosyntezy:

6 CO2 + 6 H2O + fotony światła → C6H12O6(glukoza) + 6 O2(tlen)

Z wody i dwutlenku węgla, przy udziale światła, produkowane są: glukoza i tlen.

Trzeba tu jeszcze dodać, że w świecie roślin wyższych występują zawsze 2 rodzaje chlorofilów: a i b. Chlorofil a wchodzi w skład fotosystemów I i II, a chlorofil b - tylko fotosystemu II.

chlorofil

Obydwa rodzaje chlorofilów absorbują wydajnie światło czerwone i niebieskie, zatem w świetle odbitym od nich przeważa kolor zielony. A więc to właśnie chlorofil nadaje zieloną barwę liściom i niezdrewniałym łodygom roślinnym.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski