Fotosyntéza: čo to je a ako sa vyskytuje

Fotosyntéza je proces premeny svetelnej energie na chemickú energiu uskutočňovaný rastlinami, riasami a sinicami

Fotosyntéza

Upravený a zmenený obrázok Samuela Austina, dostupný na serveri Unsplash

Slovo fotosyntéza znamená syntézu svetlom a označuje jeden z najdôležitejších biologických procesov na Zemi. Uvoľňovaním kyslíka a spotrebou oxidu uhličitého zmenila fotosyntéza svet na obývateľné prostredie, ktoré dnes poznáme. Tento proces je navyše primárnym zdrojom energie pre všetko živé.

Holandský fyzik Jan Ingenhousz ako prvý zistil, že rastliny produkovali kyslík za prítomnosti slnečného žiarenia, v roku 1779, a bol považovaný za objaviteľa fotosyntézy. V roku 1782 Jean Senebier dodal, že okrem slnečného žiarenia sa vo fotosyntéze využíva oxid uhličitý. V roku 1818 vytvorili Maria Pelletier a Joseph Caventou výraz „chlorofyl“, ktorý označuje zelený pigment, a boli obdarení fotoreceptorovými enzýmami, ktoré umožňujú fotosyntézu.

Čo je to fotosyntéza

Fotosyntézu môžeme definovať ako proces premeny svetelnej energie na chemickú. Vykonávajú ho rastliny, riasy a sinice, ktoré sa zaraďujú medzi autotrofné a fotosyntetické organizmy, pretože sú schopné produkovať si vlastnú potravu zo svetla.

Dôležitosť fotosyntézy

Kyslík produkovaný fotosyntetickými organizmami je zásadný pre udržanie života na planéte, ako ju poznáme. Okrem toho výrobky generované fotosyntézou formovali hmotnú históriu ľudstva, pretože viedli k vzniku zdrojov, ako sú ropa, zemný plyn, celulóza, uhlie a palivové drevo. Tieto zdroje existujú v dôsledku transformácie slnečného žiarenia na energetické zásoby (fotosyntéza), po ktorej nasledujú ďalšie geologické a technologické procesy.

Rovnica fotosyntézy

Fotosyntéza je dlhý a zložitý proces, ktorý možno všeobecne zhrnúť do tejto rovnice:

  • 6CO2 + 12H2O + svetlo → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Kde dochádza k fotosyntéze

V rastlinách a riasach dochádza k fotosyntéze vo vnútri chloroplastov. U siníc sa uskutočňuje vedľa membránových lamiel prítomných v kvapalnej časti cytoplazmy.

Chloroplast je organela, ktorá má vonkajšiu a vnútornú membránu. Jeho vnútro má membránové lamely, pripevnené k malým vreckám nazývaným tylakoidy. Vnútorný priestor je vyplnený strómou, viskóznou tekutinou, ktorá obsahuje DNA, ribozómy a enzýmy, ktoré pomáhajú pri procese fotosyntézy. Práve v týchto tylakoidoch a krycích listoch sa nachádza chlorofyl.

Kroky fotosyntézy

Fotosyntézu môžeme rozdeliť do dvoch fáz: fotochemickej fázy a chemickej fázy.

Fotochemická fáza sa vyskytuje iba za prítomnosti svetla a vyskytuje sa v tylakoidoch a membránových lamelách. Jeho hlavnou funkciou je premena svetelnej energie na chemickú. Skladá sa z dvoch hlavných procesov: fotolýza vody a fotofosforylácia.

Chemická fáza nezávisí od svetla a prebieha v inej časti chloroplastu, stróme. V ňom produkty z predchádzajúcej fázy, fotochémie, spájajú atmosférický CO2 za vzniku glukózy, vody a škrobu v takzvanom Calvin-Bensonovom cykle.

Fotochemická fáza

Vodná fotolýza

Fotolýza vody je prvou fázou fotosyntézy a je okamihom, keď prijatá svetelná energia podporuje rozpad molekúl vody a vytvára plynný kyslík, elektróny a H +. Plynný kyslík sa uvoľňuje do atmosféry, zatiaľ čo voľné molekuly vodíka (H +) sú priťahované k zlúčenine nazývanej NADP +, čo vedie k vzniku NADPH, ktorý sa použije v chemickej fáze na konštrukciu molekúl glukózy.

Tento krok predstavuje vzorce:
  • H2O ⇾ 2H + + 2 elektróny + ½ O2
  • NADP + + H + ⇾ NADPH

Fotofosforylácia

Práve vo fotofosforylácii dochádza k tvorbe ATP od pridania anorganického fosfátu (Pi) k molekule ADP (adenozíndifosfát) pomocou svetelnej energie. Molekuly ATP sú hlavnou formou chemickej energie syntetizovanej živými bytosťami. Tento stupeň fotofosforylácie nastáva paralelne s fotolýzou vody a každý z nich generuje produkty, ktoré sa použijú v ďalšej fáze fotosyntézy.

Tento krok predstavuje vzorec: ADP + Pi ⇾ ATP

Chemická fáza

Posledná fáza fotosyntézy, práve v chemickej fáze sa používa oxid uhličitý z prostredia alebo bunkové dýchanie rastliny a používajú sa dve zlúčeniny generované v predchádzajúcej fáze: ATP a NADPH. V tejto fáze dochádza k takzvanému Calvin-Bensonovmu cyklu, čo je sled reakcií, pri ktorých sa vytvára glukóza, voda a škrob.

Záver

Fotosyntéza je výsledkom spojenia dvoch vyššie opísaných fáz, fotochemickej fázy a chemickej fázy. Všetky formy života na Zemi nejakým spôsobom závisia od produktov generovaných fotosyntézou: kyslíka a glukózy. Fotosyntéza je navyše nevyhnutná pre vyváženie atmosférického zloženia.