Fotosyntéza je proces přeměny světelné energie na chemickou energii prováděný rostlinami, řasami a sinicemi
Upravený a změněný obrázek Samuela Austina, dostupný na Unsplash
Slovo fotosyntéza znamená syntézu světlem a označuje jeden z nejdůležitějších biologických procesů na Zemi. Uvolňováním kyslíku a spotřebou oxidu uhličitého přeměnila fotosyntéza svět na obyvatelné prostředí, které dnes známe. Tento proces je navíc primárním zdrojem energie pro všechny živé věci.
Holandský fyzik Jan Ingenhousz jako první objevil v roce 1779, že rostliny produkovaly kyslík za přítomnosti slunečního světla, a byl považován za objevitele fotosyntézy. V roce 1782 Jean Senebier dodal, že kromě slunečního světla využívá fotosyntéza oxid uhličitý. V roce 1818 vytvořili Maria Pelletier a Joseph Caventou termín „chlorofyl“, který označuje zelený pigment, a obdařeni fotoreceptorovými enzymy, které umožňují fotosyntézu.
Co je to fotosyntéza
Fotosyntézu lze definovat jako proces přeměny světelné energie na chemickou energii. Provádí se rostlinami, řasami a sinicemi, které jsou klasifikovány jako autotrofní a fotosyntetické organismy, protože jsou schopné produkovat vlastní potravu ze světla.
Význam fotosyntézy
Kyslík produkovaný fotosyntetickými organismy je nezbytný pro udržení života na planetě, jak ji známe. Kromě toho produkty generované fotosyntézou formovaly hmotnou historii lidstva, protože vedly ke vzniku zdrojů, jako je ropa, zemní plyn, celulóza, uhlí a palivové dříví. Tyto zdroje existují v důsledku transformace slunečního světla na energetické zásoby (fotosyntéza), po níž následují další geologické a technologické procesy.
Rovnice fotosyntézy
Fotosyntéza je dlouhý a složitý proces, který lze obecně shrnout pomocí následující rovnice:
- 6CO2 + 12H2O + světlo → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Kde dochází k fotosyntéze
U rostlin a řas dochází k fotosyntéze uvnitř chloroplastů. U sinic se provádí vedle membránových lamel přítomných v kapalné části cytoplazmy.
Chloroplast je organela, která má vnější membránu a vnitřní membránu. Jeho vnitřek má membránové lamely, připojené k malým kapsám zvaným thylacoids. Vnitřní prostor vyplňuje stroma, viskózní tekutina, která obsahuje DNA, ribozomy a enzymy, které napomáhají procesu fotosyntézy. Právě v těchto thylacoidech a krycích sklíčkách se nachází chlorofyl.
Kroky fotosyntézy
Fotosyntézu lze rozdělit do dvou fází: fotochemické fáze a chemické fáze.
Fotochemická fáze nastává pouze za přítomnosti světla a vyskytuje se v tylakoidech a membránových lamelách. Jeho hlavní funkcí je přeměna světelné energie na chemickou energii. Skládá se ze dvou hlavních procesů: fotolýza vody a fotofosforylace.
Chemická fáze nezávisí na světle a probíhá v jiné části chloroplastu, ve stromatu. V něm produkty z předchozí fáze, fotochemie, spojují atmosférický CO2 za vzniku glukózy, vody a škrobu v takzvaném Calvin-Bensonově cyklu.
Fotochemická fáze
Fotolýza vody
Vodní fotolýza je první fází fotosyntézy a je okamžikem, kdy přijatá světelná energie podporuje rozpad molekul vody a vytváří plynný kyslík, elektrony a H +. Plynný kyslík se uvolňuje do atmosféry, zatímco volné molekuly vodíku (H +) jsou přitahovány ke sloučenině zvané NADP +, což vede k NADPH, který bude použit v chemické fázi pro konstrukci molekul glukózy.
Tento krok je reprezentován vzorci:- H2O ⇾ 2H + + 2 elektrony + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofosforylace
Ve fotofosforylaci dochází k tvorbě ATP od přidání anorganického fosfátu (Pi) k molekule ADP (adenosindifosfát) pomocí světelné energie. Molekuly ATP jsou hlavní formou chemické energie syntetizované živými bytostmi. Tato fáze fotofosforylace probíhá paralelně s fotolýzou vody a každá z nich vytváří produkty, které budou použity v další fázi fotosyntézy.
Tento krok je reprezentován vzorcem: ADP + Pi ⇾ ATP
Chemická fáze
Poslední fáze fotosyntézy, v chemické fázi se používá oxid uhličitý z prostředí nebo buněčné dýchání rostliny a používají se dvě sloučeniny generované v předchozí fázi: ATP a NADPH. V této fázi dochází k takzvanému Calvin-Bensonovu cyklu, sledu reakcí, při nichž se vytváří glukóza, voda a škrob.
Závěr
Fotosyntéza je výsledkem spojení dvou výše popsaných fází, fotochemické fáze a chemické fáze. Všechny formy života na Zemi nějakým způsobem závisí na produktech generovaných fotosyntézou: kyslík a glukóza. Kromě toho je fotosyntéza nezbytná pro vyvážení složení atmosféry.
