A fotoszintézis folyamata

Ezt a biológiai folyamatot nevezzük fotoszintézisnek. A glükóz biztosítja az energiát az őt előállító szervezet számára. Fotoszintézis útján táplálkoznak a növények, néhány egysejtű és baktériumfajta valamint a színes moszatok.

A fotoszintézis kémiai alapegyenlete

A fotoszintézis első szakaszában a fényenergia kémiai energiává alakul át, amely nagy energiájú kémiai kötések létrehozására fordítódik, így a glükóz kémiai kötéseiben is szerepet játszik. A szén-dioxid és a víz a nap fényének hatására glükózzá alakul, miközben oxigén és víz keletkezik. A folyamatot a következő kémiai egyenlet írja le:

6CO₂ + 12H₂O + napfény → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Vagyis 6 szén-dioxid molekulából (CO₂) és 12 vízmolekulából (H₂O) fény hatására egy glükózmolekula (C₆H₁₂O₆), 6 oxigénmolekula (O₂) és 6 vízmolekula (H₂O) keletkezik.

A növények fotoszintézise

Ez a folyamat a növény zöld részeiben, főleg a levelekben zajlik le. Mivel a fotoszintézishez szén-dioxid, víz és napfény szükséges ezeket a növénynek meg kell szereznie magának. A leveleken található apró pórusokon ún. gázcserenyílásokon keresztül a növény szén-dioxidot szív fel a levegőből és ugyancsak ezeken a pórusokon keresztül fogja kibocsátani az oxigént. A vizet a gyökerek szívják fel a talajból és a szállítószövet-rendszer segítségével a levelekbe jut. A napsugárzás energiáját a zöld növényekben található pigment, a klorofill szívja magába. A klorofillt a fotoszintetizáló növényi sejtek sejt szervecskéje a kloroplasztisz (színtest) tartalmazza. A kloroplasztiszt felépítő struktúrák mindegyike egyedi feladatot lát el:

• Külső és belső membrán: védő burkolatba zárja a kloroplasztisz állományát.
• Sztróma: vízoldékony enzimet tartalmazó sűrű folyadék, ahol a szén-dioxid glükózzá alakul.
• Tilakoidok: egy membránrendszer, amely lapos, zsákszerű képződményeket alkot a sztrómában, és amelyben a fényenergia átalakul kémiai energiává.
• Grana (egyes számban granum): a tilakoid membrán lapos zsákjai egymásra halmozódnak és a granumot alkotják. Tulajdonképpen ezen a helyen alakul át a napfény energiája kémiai energiává.
• Klorofill: a kloroplasztisz zöld pigmentje, amely elnyeli a fényenergiát.

A fotoszintézis szakaszai

Ennek a folyamatnak két szakaszát különböztetjük meg. A „fény-szakaszában” jön létre a fényreakció, amikor a klorofill által elnyelt fényenergia megkötődik és kémiai energiává alakul át kémiai kötések formájában. A második szakasz nem igényel közvetlen fényt, az ún. sötét reakció folyamán történik a szén-dioxid megkötése és szénhidrátokká alakítása, amely a növény fejlődéséhez szükséges.

A fényreakció a tilakoid alkotta granaban játszódik le. A fényenergia megkötésekor vízbontás történik, melynek során molekuláris oxigén és hidrogénionok keletkeznek. Ez utóbbit a nagy energiájú NADPH-molekulák (enzimek) elszállítják, és a segítségükkel a „sötét-szakasz”-ban szénhidrátokká alakítják a szén-dioxidot. A szén-dioxid megkötéséhez szükséges energia az ATP-molekulákban raktározódik el. Az ATP- és az NAPDH-molekulák fényreakció végtermékei, de a nem fényigényes szakaszban hasznosulnak, mégpedig úgy, hogy cukrot hoznak létre.

A sötét reakciók a sztrómában zajlanak le. Az itt lejátszódó Calvin-ciklus az a reakcióút, amely a szén-dioxid megkötésétől a szénhidráttá való redukálásáig tart. A szén-dioxid enzimek segítségével kapcsolódik egy 5 szénatomos vegyülethez és egy 6 szénatomos nem stabil cukormolekulává alakul. Végül pedig ez utóbbi glükóz és fruktóz molekulákra bomlik. Ezek a szacharidok (cukrok) létfontosságúak a növény számára.

Összefoglaló

A fotoszintézis az a folyamat, melynek során a fényenergia kémiai energiává alakul át, miközben az élő szervezetben a szervetlen anyagokból szerves anyagok képződnek. A növények fotoszintézise a kloroplasztiszban megy végbe. A fotoszintézis két szakaszban zajlik le, amelyekben a fényreakció illetve a sötét reakció megy végbe. A fényreakció a fény energiáját kémiai energiává alakítja (ATP és NADPH), a sötét reakció folyamán pedig az energia arra fordítódik, hogy a szén-dioxidból cukor termelődjön.