Чрез фотосинтезата растенията и някои микроорганизми произвеждат въглехидрати. Това е ендотермичен (отнемащ топлина) химичен процес, който използва слънчевата светлина, за да превърне въглеродния диоксид в захари. Захарите се използват от клетката като енергия и за изграждане на други видове молекули. В основата си фотосинтезата превръща светлинната енергия в химическа.

Фотосинтезата е жизненоважна за живота на Земята. Преди фотосинтезата Земята не е имала свободен кислород в атмосферата си.

Зелените растения се изграждат с помощта на фотосинтезата. Водораслите, протистите и някои бактерии също я използват. Някои изключения са организми, които директно получават енергия от химични реакции; тези организми се наричат хемоавтотрофи.


 

Как протича фотосинтезата (опростено)

Фотосинтезата може да се раздели на две основни фази:

  • Светло-зависими реакции — в тези реакции светлината се улавя от пигменти (предимно хлорофил) и се използва за произвеждане на енергийни носители (АТФ и НАДФ·Н). По време на процеса се разцепва вода (H2O) и се отделя свободен кислород (O2).
  • Светло-независими реакции (Калвинов цикъл) — използват се АТФ и НАДФ·Н, произведени в светло-зависимите реакции, за да се фиксира въглеродният диоксид (CO2) и да се синтезира захар (напр. глюкоза). Тези реакции се наричат и тъмни реакции, защото не изискват светлина директно.

Обща химична уравнение

Опрощено, общата реакция на фотосинтезата може да се запише като:

6 CO2 + 6 H2O + светлинна енергия → C6H12O6 + 6 O2

Това показва, че от въглеродния диоксид и водата, с помощта на светлината, се образува органична молекула (захар) и се освобождава кислород.

Къде в клетката се извършва

При растенията фотосинтезата се извършва в хлоропластите — специализирани органели в клетките на листата и други зелени части. Вътре в хлоропласта има мембранни и структурни елементи (тилакоиди), където са разположени пигментните комплекси и протонните помпи, необходими за синтеза на енергийни носители.

Видове фотосинтеза и адаптации

  • C3 фотосинтеза — най-често срещаният път при растенията, при който първият продукт от фиксирането на CO2 е триуглероден (3-фосфоглицерат).
  • C4 фотосинтеза — развита при растения, които живеят в горещи и сухи условия; този механизъм намалява загубите при фотодихане и повишава ефективността на фиксация при високи температури и ниски нива на CO2.
  • CAM фотосинтеза — при сукуленти и други растения от сухи райони; те отварят устичките нощем, за да приемат CO2, и го фиксират в органични съединения, които през деня се използват за синтез на захари.

Фактори, които влияят на фотосинтезата

  • Интензитет и качество на светлината (видимата част на спектъра, особено червена и синя светлина).
  • Наличност на CO2 — при ниски нива скоростта на фотосинтеза се ограничава.
  • Температура — има оптимален температурен диапазон; при много ниски или много високи температури процесът се затруднява.
  • Вода — недостигът води до затваряне на устичките и ограничаване на CO2.
  • Нива на хранителни вещества (напр. азот, магнезий за синтеза на хлорофил).

Значение за живота и климата

Фотосинтезата е основата на хранителните вериги — тя създава органична материя, която храни растенията и всички организми, които ги консумират. Освен това е отговорна за освобождаването на свободен кислород в атмосферата, което е позволило развитието на аеробния (кислородозависим) живот.

Като процес за фиксация на въглерод, фотосинтезата играе ключова роля в глобалния въглероден цикъл и помага за намаляване на концентрациите на CO2 в атмосферата.

Интересни факти

  • Различни организми използват различни пигменти (не само хлорофил a), което им позволява да улавят светлина при различни дължини на вълните.
  • Съществуват и анаеробни (безкислородни) форми на фотосинтеза при някои бактерии — те не отделят свободен кислород и използват други донори на електрони вместо вода.
  • Фотосинтезата е вдъхновение за изследвания в областта на възобновяемата енергия — учени се опитват да имитират природния процес за производство на горива и електричество (изкуствена фотосинтеза).

Фотосинтезата е сложен и изключително важен процес, често описван като "двигателят" на екосистемите и основен фактор за съществуването на живота такъв, какъвто го познаваме.