Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία μετατροπής του ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια, αποθηκεύοντάς την στους δεσμούς γλυκόζης ή ζάχαρης. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε φυτά, βακτήρια και μερικούς protists, ή άλγη για να παράγουν ζάχαρη ως τροφή. Η χλωροφύλλη που υπάρχει στα φύλλα των φωτοσυνθετικών φυτών καταγράφει την ενέργεια από το ηλιακό φως και την μετατρέπει σε υδατάνθρακες. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό ως πρώτη ύλη για να παράγει ζάχαρη και απελευθερώνει οξυγόνο ως υποπροϊόν.
Βιολογική δομή
Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα κυρίως σε φύλλα και μίσχους. Το τυπικό φύλλο περιλαμβάνει την άνω και κάτω επιδερμίδα, τις αγγειακές δέσμες, τη μεσόφυλα και το στομάχι ή τους πόρους των φυτών. Η άνω και η κάτω επιδερμίδα χρησιμεύουν ως προστασία του φύλλου. Τα στομάχια είναι πόροι στην κάτω επιδερμίδα που δρουν ως δίοδος για το CO2 και τον αέρα να περάσει. Οι αγγειακές δέσμες μεταφέρουν νερό, μέταλλα και θρεπτικά συστατικά γύρω από το φυτό. Η μεσοφύλλη περιέχει χλωροπλάστη στην θυλακοειδή μεμβράνη. Αυτός είναι ο τόπος όπου λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση.
Παρουσία χημικής αντίδρασης
Η συνολική χημική αντίδραση υπό φωτοσύνθεση μπορεί να γραφεί ως "6H2O + 6CO2 -----> C6H12O6 + 602." Η διαδικασία πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο είναι η αντίδραση του φωτός που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό μορίων υψηλής ενέργειας. Η ενέργεια που συλλέγεται στην αντίδραση φωτός αποθηκεύεται σε κύτταρα με τη μορφή μιας χημικής ουσίας που ονομάζεται ΑΤΡ ή τριφωσφορική αδενοσίνη. Το δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης ονομάζεται Αντίδραση Κύκλου Calvin.
Αντίδραση κύκλου Calvin
Σε αυτό το τμήμα της αντίδρασης, η χημική ενέργεια που αποθηκεύεται σε ΑΤΡ χρησιμοποιείται για την παραγωγή ζάχαρης από το CO2 μέσω ενζυμικών ή ενζυμικών αντιδράσεων. Αρχικά, το CO2 αντιδρά με μια ένωση πέντε ατόμων άνθρακα που ονομάζεται διφωσφορική ριβουλόζη (RuBP), καταλυόμενη από την οξυγόνο του ενζύμου καρβοξυλάση για να παράγει μία σταθερή ένωση τριών ανθράκων που ονομάζεται φωσφογλυκερικό (PGA). Η ενέργεια που συλλαμβάνεται σε ΑΤΡ μετατρέπει την PGA σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη (G3P) η οποία μετατρέπεται σε άλλες οργανικές ενώσεις.
Παράγοντες που περιορίζουν τη φωτοσύνθεση
Η φωτοσύνθεση καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από παράγοντες όπως η ένταση του φωτός, τα θρεπτικά συστατικά του εδάφους, η διαθεσιμότητα νερού, η θερμοκρασία και η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Η μείωση της στάθμης του νερού μειώνει την υγρασία από το έδαφος και κλείνει τα στομάχια. Αυτό περιορίζει τη διάχυση του διοξειδίου του άνθρακα και επηρεάζει τη φωτοσύνθεση.
