ניתן לחלק את שלבי הפוטוסינתזה על סמך כמות אור השמש שהצמח מקבל. פוטוסינתזה היא התהליך בו ניזונים צמחים ואצות. תהליך זה מורכב מהפיכת האור לאנרגיה, הכרחית להישרדות.
בניגוד לבני אדם הזקוקים לסוכנים חיצוניים כמו בעלי חיים או צמחים כדי לשרוד, צמחים יכולים ליצור מזון משלהם באמצעות פוטוסינתזה. זה מכונה תזונה אוטוטרופית.
המילה פוטוסינתזה מורכבת משתי מילים: צילום וסינתזה. פירושו של תמונה הוא תמהיל של אור וסינתזה. לכן, תהליך זה הופך את האור למאכל ממש. אורגניזמים המסוגלים לסנתז חומרים ליצירת מזון, כמו גם צמחים, אצות וכמה חיידקים, מכונים אוטוטרופים.
לצורך הפוטוסינתזה יש לבצע אור, פחמן דו חמצני ומים. פחמן דו חמצני מהאוויר נכנס לעלים של הצמח דרך נקבוביות שנמצאו בהם. לעומת זאת, המים נקלטים על ידי השורשים ונעים עד שהם מגיעים לעלים והאור נקלט בפיגמנטים של העלים.
במהלך שלבים אלה, אלמנטים של פוטוסינתזה, מים ופחמן דו חמצני, נכנסים לצמח ותוצרי הפוטוסינתזה, חמצן וסוכר, עוזבים את הצמח.
שלבים / שלבים של פוטוסינתזה
ראשית, אנרגיית האור נספגת על ידי חלבונים שנמצאים בכלורופיל. כלורופיל הוא פיגמנט שנמצא ברקמות של צמחים ירוקים; פוטוסינתזה מתרחשת בדרך כלל בעלים, במיוחד ברקמה הנקראת מזופיל.
כל תא ברקמת המזופיל מכיל אורגניזמים הנקראים כלורופלסטים. אורגניזמים אלה נועדו לבצע פוטוסינתזה. מבנים המכונים תילאוקואידים המכילים כלורופיל מקובצים בכל כלורופלסט.
פיגמנט זה סופג אור, ולכן הוא אחראי בעיקר לאינטראקציה הראשונה בין הצמח לאור.
בעלים יש נקבוביות קטנות הנקראות stomata. הם אחראים לאפשר פחמן דו חמצני להתפשט בתוך הרקמה המזופילית ולחמצן לברוח לאטמוספירה. לפיכך, פוטוסינתזה מתרחשת בשני שלבים: שלב האור והשלב האפל.
- שלב אור
שלב אור ושלב אפל. Maulucioni, מ- Wikimedia Commons
תגובות אלה מתרחשות רק כאשר אור קיים ומתרחשות בקרום התילאוקאידי של כלורופלסטים. בשלב זה האנרגיה שמגיעה מאור השמש הופכת לאנרגיה כימית. אנרגיה זו תשמש כמו בנזין בכדי להיות מסוגלת להרכיב את מולקולות הגלוקוז.
הטרנספורמציה לאנרגיה כימית מתרחשת באמצעות שני תרכובות כימיות: ATP, או מולקולה המאגרת אנרגיה, ו- NADPH, הנושא אלקטרונים מופחתים. במהלך תהליך זה מומרות מולקולות המים לחמצן שאנו מוצאים בסביבה.
אנרגיה סולארית מומרת לאנרגיה כימית במכלול חלבונים הנקרא מערכת הצילום. יש שתי מערכות פוטוש, שתיהן נמצאות בתוך הכלורופלסט. לכל מערכת תמונות יש חלבונים מרובים המכילים תערובת של מולקולות ופיגמנטים כמו כלורופיל וקרוטנואידים כך שספיגת אור השמש אפשרית.
בתורו, הפיגמנטים של מערכות הצילום פועלים ככלי להפניית אנרגיה, כשהם מעבירים אותה למרכזי התגובה. כאשר האור מושך פיגמנט הוא מעביר אנרגיה לפיגמנט סמוך. פיגמנט סמוך זה יכול גם להעביר אנרגיה זו לפיגמנט סמוך אחר והתהליך חוזר ברצף.
שלבי אור אלה מתחילים במערכת הפוטוסטים השנייה. כאן, אנרגיית האור משמשת לחלוקת המים.
תהליך זה משחרר אלקטרונים, מימן וחמצן, אלקטרונים טעונים באנרגיה מועברים למערכת הפוטוש של I, שם משוחררים ATP. בפוטוסינתזה חמצן, האלקטרון התורם הראשון הוא מים והחמצן שנוצר יהיה הפסולת. מספר אלקטרונים תורמים משמשים בפוטוסינתזה אנוקסגנית.
בשלב האור, אנרגיה אור נלכדת ונשמרת באופן זמני במולקולות הכימיות של ATP ו- NADPH. ATP יתפרק כדי לשחרר אנרגיה ו- NADPH יתרום את האלקטרונים שלה כדי להמיר מולקולות פחמן דו חמצני לסוכרים.
- שלב אפל
בשלב האפל, לכידת הפחמן הדו-חמצני מהאטמוספירה משתנים כשמוסיפים מימן לתגובה.
כך, תערובת זו תיצור פחמימות שישמשו את הצמח כמזון. זה נקרא שלב אפל מכיוון שאור אינו הכרחי באופן ישיר כדי שהוא יתקיים. אך למרות העובדה כי אור אינו נחוץ כדי שהתגובות הללו יתקיימו, תהליך זה דורש ATP ו- NADPH הנוצרים בשלב האור.
שלב זה מתרחש בסטרומה של כלורופלסטים. פחמן דו חמצני נכנס לחלק הפנימי של העלים דרך הסטרומטים של הכלורופלסט. אטומי פחמן משמשים לבניית סוכרים. תהליך זה מתבצע בזכות ה- ATP ו- NADPH שנוצרו בתגובה הקודמת.
תגובות שלב אפל
ראשית, מולקולת פחמן דו חמצני משולבת במולקולת קולטן פחמן הנקראת RuBP, והתוצאה היא תרכובת לא יציבה של 6 פחמן.
מיד מתחלק תרכובת זו לשתי מולקולות פחמן המקבלות אנרגיה מ- ATP ומייצרות שתי מולקולות הנקראות BPGA.
ואז אלקטרון אחד מ- NADPH משולב עם כל אחת ממולקולות ה- BPGA ליצירת שתי מולקולות G3P.
מולקולות G3P אלה ישמשו ליצירת גלוקוז. כמה מולקולות G3P ישמשו גם לחידוש ושחזור RuBP, הנחוץ להמשך המחזור.
חשיבות הפוטוסינתזה
פוטוסינתזה חשובה מכיוון שהיא מייצרת מזון לצמחים וחמצן. ללא פוטוסינתזה, לא ניתן היה לצרוך פירות וירקות רבים הנחוצים לתזונה האנושית. כמו כן, בעלי חיים רבים שנצרכו על ידי בני אדם לא יכלו לשרוד בלי להאכיל צמחים.
מצד שני, החמצן המיוצר על ידי צמחים הוא הכרחי לכל החיים על כדור הארץ, כולל בני אדם, כדי לשרוד. הפוטוסינתזה אחראית גם על שמירת רמות החמצן והפחמן הדו-חמצני באטמוספירה. ללא פוטוסינתזה, החיים על כדור הארץ לא היו אפשריים.
הפניות
- סטקס פתוח. סקירה כללית של פוטוסינתזה. (2012). אוניברסיטת רייס. התאושש מ: cnx.org.
- פאראבי, ג'יי. פוטוסינתזה. (2007). מכללת קהילת הר אסטרלה. התאושש מ: 2.estrellamountain.edu.
- "פוטוסינתזה" (2007). אנציקלופדיה למדע וטכנולוגיה של מקגרו היל, מהדורה 10. כרך 13. התאושש מ: en.wikipedia.org.
- מבוא לפוטוסינתזה. (2016). האקדמיה של חאן. התאושש מ: khanacademy.org.
- "תהליכים של תגובות תלויות-אור" (2016). ביולוגיה ללא גבולות. התאושש מ: boundless.com.
- ברג, JM, Tymoczko, JL, and Stryer, L. (2002). "אביזרי פיגמנטים מרכזי אנרגיה פעילים לאנרגיה" ביוכימיה. התאושש מ: ncbi.nlm.nih.gov.
- Koning, RE (1994) "מחזור קלווין". התאושש מ: plantphys.info.
- פוטוסינתזה בצמחים. פוטוסינתזה השכלה. התאושש מ: photosynthesiseducation.com.
- "מה היה קורה אם לא היו שום פוטוסינתזה?" אוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה. התאושש מ: scienceline.ucsb.edu.