Fotosynteza

Fotosynteza jest podstawowym dla życia procesem biologicznym polegającym na wbudowywaniu CO2 do związków organicznych, a przeprowadzany przez organizmy fotosyntetyzujące, czyli rośliny zielone i niektóre bakterie. Nazwa "fotosynteza" pochodzi z języka greckiego: phos = światło + synteza. Początek badań nad fotosyntezą datuje się od 1630 roku, gdy van Helmont stwierdził, że rośliny zielone same wytwarzają substancje organiczne, a nie czerpią ich z gleby.

Ten skomplikowany proces biochemiczny został dokładniej poznany dopiero dzięki badaniom Calvina i Bensona prowadzonym w latach czterdziestych naszego stulecia. Za opracowanie cyklu reakcji związanych z asymilacją dwutlenku węgla otrzymali Nagrodę Nobla. Jednak już pod koniec XVIII wieku angielski uczony Priestley odkrył, że "rośliny mogą naprawiać powietrze zepsute przez palące się świece" (1772r.).

Do skompletowania podstawowego równania fotosyntezy przyczynił się również holenderski badacz Ingenhousz, który stwierdził, że przemiany zachodzące podczas "naprawiania zepsutego powietrza" wymagają światła (1779r.). Wkrótce potem okazało się, że składnikiem "niedobrego" powietrza pochłanianym przez rośliny jest dwutlenek węgla, a ponadto w procesie tym zużywana jest woda. W 1843 roku badania nad fotosyntezą uzupełnił niemiecki uczony Mayer odkryciem, że rośliny pochłaniają energię słoneczną i przekształcają ją w energię chemiczną .Podstawowym równaniem fotosyntezy jest równanie:

6H2O + 6CO2 + ENERGIA ŚWIETLNA C6H12O6 + 6O2

Proces zamiany energii świetlnej na chemiczną wiązań asymilatów dzielimy na dwie wyraźne fazy:
FAZĘ JASNĄ - zależną bezpośrednio od światła, podczas której dochodzi do wytworzenia tzw. siły asymilacyjnej umożliwiającej zachodzenie dalszych etapów. Przemiany zachodzące w tej fazie zapisać można równaniem:

12H2O + ENERGIA ŚWIETLNA + 18 ADP + 18 P 12(H2) + 18 ATP + 6O2

FAZĘ CIEMNĄ - zachodzącą w chloroplastach i niezależną bezpośrednio od światła, co oznacza, że odcięcie dopływu światła nie zatrzymuje tej części fotosyntezy, dopiero wyczerpanie siły asymilacyjnej wywołuje taki skutek. W fazie ciemnej dochodzi do asymilacji CO2 i powstania związków organicznych, czyli produktów fotosyntezy, które mogą służyć jako substancje dzięki którym zachodzić mogą inne przemiany. W tej części fotosyntezy dochodzi do przemiany substancji. Reakcję ogólną tego procesu można przedstawić równaniem:

6CO2 + 12(H2) + 18 ATP C6H12O6 + 6H2O + 18 ADP + 18 P

Praktycznie cała energia swobodna, z której korzystają układy żywe pochodzi ze słońca. Aby rośliny mogły pochłaniać kwanty światła i ich energię zamieniać na energię użyteczną biologicznie, potrzebne są cząsteczki zdolne do pochłaniania, czyli absorpcji światła. Są nimi fotoreceptory, czyli barwniki fotosyntetyczne, a wśród nich chlorofile. W procesie świetlnym następuje pochłanianie energii świetlnej przez chlorofil, w następstwie czego tworzy się fosforylacja fotosyntetyczna, a u roślin wyższych również fotoliza wody.

W bakteriach, w których substancją redukującą jest wodór lub pewne związki, główną funkcją procesu świetlnego jest wytwarzanie fosforylacji fotosyntetycznej.

Fotosynteza stanowi więc podstawę życia na Ziemi dostarczając tlenu i ogromnych ilości związków organicznych. Fotosynteza odbywa się na lądach i w wodach, a jej intensywność zależy od natężenia światła, zawartości dwutlenku węgla i zaopatrzenia w wodę, a także temperatury otoczenia.