Fotosintezė

Fotosintezė (iš senovės graikų φωτοσύνθέσις, pažodžiui sujungimas šviesa, iš φως, phos – šviesa, συν~, syn~ – kartu~ ir θέσις, thésis – jungimas) vadinama įvairių organinių medžiagų gamyba (sintezė) organizmuose iš neorganinių medžiagų, naudojant saulės energiją, kuri priimama per šviesą sugeriantį pigmentą chlorofilą.

Augalai fotosintezei naudoja ne visą Saulės spektrą, o tik jo dalį (nuo 0,38 iki 0,71 μm).

Organinės medžiagos sintetinamos iš anglies dioksido ir vandens, o kaip šalutinis produktas išsiskiria deguonis. Šio proceso metu iš mažai energijos turinčių medžiagų – anglies dioksido ir vandens – sintetinamas daug energijos turintis angliavandenis gliukozė.

 6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 + 6O2

Fotosintezė vyksta tik tose ląstelėse, kuriose yra žalios plastidės – chloroplastai. Iš tokių ląstelių sudaryti lapai, todėl jie laikomi augalo fotosintezės organais.

Visas fotosintezės procesas susideda iš dviejų fazių: šviesos ir tamsos.

Fotosintezės šviesos fazė prasideda apšvietus chloroplastą regimąja šviesa. Šviesos kvantų veikiami chlorofilo molekulės elektronai pereina į aukštesnę orbitalę (yra sužadinami). Dėl to elektronai lengviau atitrūksta nuo molekulių. Vienas toks sužadintas elektronas patenka į elektronų pernašos grandinę. Chlorofilo molekulė vietoj šio elektrono pasiima kitą iš vandens molekulės. Netekusios elektronų, vandens molekulės suyra į deguonies atomus ir protonus. Iš deguonies atomų susidaro molekulinis deguonis, kuris prasiskverbia pro membraną ir išskiriamas į atmosferą. Protonai lieka vandens molekulės suirimo vietoje. Taigi vienoje membranos pusėje susikaupia teigiamai įelektrinti protonai, o kitoje – neigiamai įelektrintos dalelės.
Granulių membranose yra įsiterpusių ATP sintetinančių fermentų molekulių. Šiose molekulėse yra kanalas, pro kurį gali praeiti protonai. Kai protonų potencialas pasiekia kritinį tašką, elektrinio lauko jėga stumia juos pro tą kanalą. Tuo metu išsiskirianti energija panaudojama ATP sintezei. Kitoje membranos pusėje atsidūrę protonai susitinka čia su molekulių nešiotojų atgabentais elektronais ir virsta vandenilio atomais. Šie nunešami į tas chloroplasto vietas, kur sintetinami angliavandeniai. Ten pat patenka ir ATP.

Saulės šviesos energija sukelia tris procesus: vandens skaidymąsi, dėl kurio susidaro molekulinis deguonis, ATP sintezę ir atominio vandenilio susidarymą.
Kad reakcijos galėtų vykti ir tamsoje, į chloroplastus visą laiką turi būti transportuojamos pradinės medžiagos ir energija. Anglies dioksidas patenka į lapą iš atmosferos, vandenilis susidaro fotosintezės šviesos fazėje, skaidantis vandeniui. Energijos šaltinis yra ATP, kuri susintetinama fotosintezės šviesos fazėje. Kai visos medžiagos patenka į chloroplastą, čia prasideda angliavandenių sintezė.

Fotosintezės aktyvumas priklauso nuo apšvietimo intensyvumo, CO2 kiekio, oro temperatūros, drėgmės, mikroelementų. Jos esmė – organinių medžiagų gaminimas, į aplinką išskiriant deguonį.
Atmosferoje O2 susidaro, vykstant fotosintezei ir aukštesniuose atmosferos sluoksniuose fotochemiškai skylant vandens garams. Deguonis jungiasi su visais cheminiais elementais, išskyrus inertines dujas, ir sudaro labai daug cheminių junginių. Todėl jo apytaka biosferoje labai sudėtinga. Deguonies junginių yra vandenyje, uolienose, humuse, gyvuose organizmuose. O2 apytaka biosferoje vyksta tarp atmosferos ir gyvų organizmų. Deguonis naudojamas organizmų kvėpavimui, mineralų oksidacijoje ir degimo reakcijose. Visas atmosferos deguonis atsinaujina per 1000–2500 metų.

Melvinas Kalvinas (Melvin Calvin), emigranto iš Lietuvos sūnus, 1961 m. buvo apdovanotas Nobelio premija chemijos srityje už fotosintezės tyrimus.

Šaltiniai

Nuorodos 
 Šviesos reakcijos – animacija (liet.) 
 Kalvino ciklas – animacija (liet.)