Fotosynteza

Fotosynteza (stgr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej zachodzący w komórkach zawierających chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.
Fotosynteza zachodzi w dwóch etapach – faza jasna (określana jako faza przemiany energii), w której światło jest absorbowane, a jego energia jest zamieniana na energię wiązań chemicznych, a jako produkt uboczny wydzielany jest tlen, oraz faza ciemna (określana jako faza przemiany substancji), w której energia wiązań chemicznych, związków powstałych w fazie świetlnej, jest wykorzystywana do syntezy związków organicznych. Obie fazy zachodzą jednocześnie. Wydajność zamiany energii światła na energię wiązań chemicznych węglowodanów wynosi 0,1–8%. W uproszczonej formie sumaryczny przebieg fotosyntezy z glukozą jako syntezowanym węglowodanem zapisuje się:
Najczęściej substratami fotosyntezy są dwutlenek węgla i woda, produktem – węglowodan i tlen (jako produkt uboczny), a źródłem światła – słońce. Zarówno bezpośrednie produkty fotosyntezy, jak i niektóre ich pochodne (np. skrobia i sacharoza) określane są jako asymilaty.
W komórkach eukariotycznych proces fotosyntezy zachodzi w wyspecjalizowanych organellach – chloroplastach, zawierających barwniki fotosyntetyczne. U roślin organami zawierającymi komórki z chloroplastami są głównie liście, będące podstawowymi organami asymilacyjnymi. Pewne ilości chloroplastów zawierają także komórki niezdrewniałych łodyg oraz kwiatów i owoców. Ze względu na rozkład wody i wydzielanie tlenu sinice i fotosyntetyzujące eukarionty zalicza się do organizmów o oksygenicznym typie fotosyntezy, z wydzieleniem tlenu. Wśród bakterii jedynie sinice przeprowadzają fotosyntezę w sposób opisany powyżej. Pozostałe jako donorów elektronów używają związków siarki lub prostych związków organicznych. Tlen w takim przypadku nie jest wydzielany, a proces określa się jako anoksygeniczny typ fotosyntezy.

context: W sprzyjających warunkach rośliny mogą zużytkować w procesie fotosyntezy około 5% energii docierającego do liści światła. Ze względu na zakres absorpcji poszczególnych długości fali przez barwniki fotosyntetyczne na wydajność fotosyntezy wpływa jedynie natężenie światła w zakresie 400–700 nm. Natężenie światła biorącego udział w fotosyntezie określa się najczęściej jako gęstość przepływu fotonów fotosyntetycznych (PPFD – (ang.) photosynthetic photon flux density) wyrażaną w µmol (fotonów z zakresu 400–700 nm) m−2 s-1. Przy pełnym nasłonecznieniu PPFD przekracza 1500 µmol m−2 s−1. Zależność fotosyntezy od natężenia światła obrazuje tak zwana krzywa świetlna. W przypadku braku oświetlania rośliny wydzielają CO2 produkowany podczas oddychania komórkowego. Przy bardzo małym natężeniu światła, proces wydzielania CO2 w oddychaniu komórkowym, przeważą nad fotosyntetycznym wiązaniem CO2 i roślina nadal wydziela dwutlenek węgla. Przy pewnym natężeniu światła specyficznym dla gatunku rośliny i panujących warunków (np. temperatury) dochodzi do zrównania pobierania CO2 w procesie fotosyntezy i wydzielania CO2 w procesie oddychania komórkowego, punkt ten nazywany jest świetlnym punktem kompensacyjnym. Rośliny wykorzystujące fotosyntezę C3 mają wartość tego punktu niższą niż rośliny o fotosyntezie C4. Przy natężeniu światła powyżej świetlnego punktu kompensacyjnego następuje dalszy wzrost natężenia fotosyntezy. Przy pewnym natężeniu światła, charakterystycznym dla każdej z roślin, dochodzi do wysycenia procesu fotosyntezy. Punkt ten nazywa się świetlnym punktem wysycenia. Jest on wyższy dla roślin o fotosyntezie C4 niż dla roślin o fotosyntezie C3. Również u roślin określanych jako światłolubne (heliofity) świetlny punkt wysycenia jest wyższy niż dla roślin określane jako cieniolubne (skiofity) lub cienioznośne. Długie działanie światła o dużym natężeniu prowadzi do uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego i obniżenia wiązania CO2 przez roślinę. Zjawisko hamowania fotosyntezy przez duże natężenie światła nosi nazwę fotoinhibicji i jest głównie efektem uszkodzenia fotoukładu II.
qas: question: Jakim natężeniem cechuje się światło, które oddziałuje na efektywność procesu fotosyntezy?
answers: text: 400–700 nm
generative_answer: 400–700 nm

question: Dlaczego natężenie w konkretnym zakresie oddziałuje na efektywność procesu fotosyntezy?
answers: text: Ze względu na zakres absorpcji poszczególnych długości fali przez barwniki fotosyntetyczne
generative_answer: Ze względu na zakres absorpcji poszczególnych długości fali przez barwniki fotosyntetyczne

question: Co przedstawia współzależność między procesem fotosyntezy a natężeniem światła?
answers: text: krzywa świetlna
generative_answer: krzywa świetlna

question: Czym jest fotoinhibicja?
answers: text: Zjawisko hamowania fotosyntezy przez duże natężenie światła
generative_answer: zjawiskiem hamowania fotosyntezy przez duże natężenie światła

question: Co stanowi jedyną przyczynę fotoinhibicji?
plausible_answers: text: uszkodzenia fotoukładu II
generative_answer: uszkodzenie fotoukładu II

context: Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wynoszące około 0,036% jest znacznie niższe niż optymalne dla procesu fotosyntezy przy sprzyjających warunkach świetlnych i odpowiedniej temperaturze. W optymalnych warunkach natężenie fotosyntezy wzrasta aż do stężenia CO2 około 0,1%. Przy wyjątkowo niskich stężeniach CO2 procesy oddychania i fotooddychania wytwarzają więcej CO2 niż jest asymilowane w fotosyntezie. Stężenie CO2, przy którym jego wydzielanie równoważy się z fotosyntetycznym pobieraniem, nosi nazwę punkt kompensacyjny stężenia dwutlenku węgla. Dla roślin o fotosyntezie C4 jest on bliski zeru, a dla roślin o fotosyntezie C3 zależnie od gatunku i temperatury leży on w przedziale 0,009–0,018% CO2. Natężenie fotosyntezy dla roślin C4 jest przy niskich stężeniach dwutlenku węgla wyższe niż dla roślin C3. Przy wartościach bliskich stężeniu optymalnemu rośliny C3 uzyskują niewielką przewagę w intensywności wiązania CO2, co wykorzystuje się to w uprawach szklarniowych poprzez „nawożenie” roślin CO2 w sprzyjających warunkach temperaturowych i świetlnych. Stężenia CO2 powyżej 1% są dla roślin toksyczne i powodują zahamowanie procesy fotosyntezy. Badania na zielenicy Chlorella vulgaris nie wykazały, aby stężenie do 4% wpływało na aktywność RuBisCO, choć wpływało na niektóre inne enzymy biorące udział w metabolizmie węgla (jak anhydraza węglanowa czy karboksylaza PEP).
qas: question: Ile dokładnie powinno wynosić idealne stężenie CO2 dla fotosyntezy?
plausible_answers: text: 0,1%
generative_answer: 0,1%

question: Jaka jest konsekwencja zbyt niskiego stężenia CO2?
answers: text: procesy oddychania i fotooddychania wytwarzają więcej CO2 niż jest asymilowane w fotosyntezie
generative_answer: procesy oddychania i fotooddychania wytwarzają więcej CO2 niż jest asymilowane w fotosyntezie

question: Jaką nomenklaturę nadano zjawisku równoważenia wydzielanego CO2 z jego fotosyntetycznym pobieraniem?
answers: text: punkt kompensacyjny stężenia dwutlenku węgla
generative_answer: punkt kompensacyjny stężenia dwutlenku węgla

question: Co warunkuje poziom CO2 roślin o fotosyntezie C3?
answers: text: gatunku i temperatury
generative_answer: gatunek i temperatura

question: Na jakie dwa enzymy wpływa negatywnie stężenie CO2 powyżej 4%?
plausible_answers: text: anhydraza węglanowa czy karboksylaza PEP
generative_answer: anhydraza węglanowa czy karboksylaza PEP