Fotosyntéza

Nejčastější způsob vlastní tvorby organických látek je fotosyntéza. Provozují ji vyšší rostliny, zelené a hnědé řasy a některé sinice a bakterie.

Fotosyntéza je soubor chemických reakcí, v jejichž průběhu dochází k pohlcování energie slunečního záření (oblasti viditelného světla), která je využita k přeměně jednoduchých anorganických sloučenin (CO2 a H2O) na složité látky organické (konkrétně nejdřív sacharidy). Schopnost pohlcovat sluneční záření má barvivo chlorofyl (a a b) , které je k fotosyntéze nezbytně potřeba. Chlorofyl je tvořen tetrapyrolovým cyklem, v jehož centru je atom hořčíku. V průběhu fotosyntézy -při rozkladu vody- vzniká jako vedlejší produkt kyslík (z vody).

Zjednodušeně ji lze vyjádřit rovnicí:

6CO2 +12H2O ----------------------> C6H12O6 +6O2 + 6H2O G=2826 kJ/mol
sluneční záření, chlorofyl

Jedná se o reakci endergonickou ( energie produktů je vyšší než reaktantů) a je to anabolismus.

Fotosyntéza probíhá ve dvou fázích. Primární = světelná fáze zahrnuje všechny procesy při nichž se absorbuje a přeměňuje světelná energie. Oproti ní sekundární= temnostní fáze=calvinův cyklus nepotřebuje světlo a dochází při ní k redukci (hydrogenaci) oxidu uhličitého na glukosu.

V primární = světelné fázi fotosyntézy je využito energie fotonů slunečního záření:
1) jednak k fotolýze vody- tj. rozklad vody na vodíkové kationty, elektrony a jako vedlejší produkt vzniká kyslík:

H2O -------------------> 2H+ + 2 e- + 1/2 O2
energie fotonů, chlorofyl

2) druhak k tomuhle: světelná energie se dostane na molekulu chlorofylu a. Ten má jedinečnou schopnost jí přeměnit na energii excitovaných ("energeticky nabuzených až z obalu vystřelených") elektronů. Tato forma energie je pak už hravě využita na syntézu ATP (zdroj chemické energie v temnostní fázi fotosyntézy) a na vznik energeticky bohatého redukčního činidla NADPH+H+ ( to vznikne redukcí NADP+ právě 2 těmi dotyčnými excitovanými elektrony a 2 vodíkovými kationty, jež se uvolnily při fotolýze vody a je rovněž využito v temnostní fázi k redukci CO2 na glukosu.)

Konkrétněji to probíhá takto: Jsou dva fotosystémy, které se skládají z molekul chlorofylu a. Na fotosystému II dojde k pohlcení sluneční energie a ta se všechna přemění na energii jednoho elektronu - to je ten nabuzený elektron a je nabuzený až tak, že excituje a dokonce až vyletí z obalu atomu! Tento elektron cestuje - je přenášen systémem přenašečů. Cestou se jeho energie využije k syntéze ATP. (To je tzv. necyklická fosforylace - vznik ATP při necyklickém ději.) Tento elektron, už uklidněný, dorazí k fotosystému I. A má zde připravené místečko, neboť před jeho příchodem došlo na tomto fotosysténu I rovněž k pohlcení světelné energie a následné excitaci a ztrátě 1 elektronu. Fotosystém I se tedy tímto vrátí do původního stavu, zatímco jím vypuzený elektron dorazí až k NADP+ , které je (dvěma) takovýmito elektrony redukováno na NADPH+H+. K tomu jsou samozřejmě zapotřebí také (dva) nějaké vodíkové kationty. Ty nám vznikly při fotolýze vody. Takže je to v suchu. Už zbývá jenom vrátit do původního stavu fotosystém II, protože na něm nám chybí elektron. Zde se využívají ty elektrony, které vznikly při fotolýze vody. ATP může ve stavu nouze vznikat i tzv. cyklickou fosforylací, kdy je elektron vypuzen z fotosystému II a ten samý elektron se (na rozdíl od 1. Případu) vrací na své původní místo do své mateřské molekuly. Cestou se jeho energie využije ke vzniku ATP. Ale samozřejmě už nevzniká žádné NADPH+H+,ani kyslík, ani nic takového.

V temnostní fázi fotosyntézy dochází k vlastnímu zabudování molekuly CO2 na vznik molekuly glukosy. Jsou to složité děje, označované jako Calvinův cyklus. Ze vzduchu je přijata molekula CO2 a je přifařena k pentose-bisfosfátu .

CO2 + C5P2-->2 C3P-->2 C3P2--> 2 C3P-->6P-->další org.l.

(sled tříuhlíkatých sloučenin: fosfoglycerát, bisfosfoglycerát, glyceraldehydfosfát a šestiuhlíkatý je už glukosafosfát)

Při druhé reakci dochází zároveň k přeměně ATP-->ADP a při třetí, což je redukce se souběžně oxiduje NADPH+H*-->NADP*.
vysvětlivky: C5P2........pětiuhlíkatá sloučenina obsahující 2 fosfáty

Část produktu se vrací zpět do počátku Calvinova cyklu jako C5P2.
Vedle Calvinova cyklu existují i jiné metody temnostních fází, např. u tropických rostlin ("C4 rostliny").