Lisätietoja fotosynteesikaavasta

Joidenkin organismien on luotava selviytymiseen tarvittava energia. Nämä organismit kykenevät absorboimaan energiaa auringonvalosta ja käyttämään sitä tuottamaan sokeri ja muut orgaaniset yhdisteet, kuten lipidejä ja proteiineja. Sokereita käytetään sitten tuottamaan energiaa organismille. Tätä prosessia, jota kutsutaan fotosynteesiksi, käyttää fotosynteettiset organismit mukaan lukien kasvit, levät, ja sinilevät.

Fotosynteesissä aurinkoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi. Kemiallinen energia varastoidaan glukoosin (sokerin) muodossa. Hiilidioksidia, vettä ja auringonvaloa käytetään glukoosin, hapen ja veden tuottamiseen. Tämän prosessin kemiallinen yhtälö on:

6CO₂ + 12H₂O + valo → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Kuusi hiilidioksidimolekyyliä (6CO₂) ja kaksitoista vesimolekyyliä (12H₂O) kulutetaan prosessissa, kun taas glukoosi (C₆H₁₂O₆), kuusi happimolekyyliä (6O₂), ja kuusi molekyyliä vettä (6H₂O) tuotetaan.

Tätä yhtälöä voidaan yksinkertaistaa seuraavasti: 6CO₂ + 6H₂O + valo → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

Kasveissa fotosynteesi tapahtuu pääasiassa lehdet. Koska fotosynteesi vaatii hiilidioksidia, vettä ja auringonvaloa, kaikki nämä aineet on saatava lehtiin tai kuljetettava niille. Hiilidioksidia saadaan pienten huokosten kautta kasvien lehdistä, nimeltään stomata. Happi vapautuu myös vatsan kautta. Kasvi saa vettä juurien kautta ja toimittaa lehdille läpi verisuonikasvien kudosjärjestelmät. Klorofylli imee auringonvalosta vihreän pigmentin, joka sijaitsee kasvisolu rakenteita kutsutaan kloroplastissa. Klooroplastit ovat fotosynteesin kohteita. Klooroplastit sisältävät useita rakenteita, joilla kullakin on erityiset toiminnot:

• Ulko- ja sisäkalvot- suojapeitteet, jotka pitävät kloroplastiset rakenteet suljettuina.
• stroma- tiivistä nestettä kloroplastissa. Hiilidioksidin muuttumispaikka sokeriksi.
• tylakoidi—Leimatut pussimaiset kalvorakenteet. Kevyen energian muuntamispaikka kemialliseksi energiaksi.
• grana—Tylakoidipussien hienokerroksinen pino. Sivut, joissa valon energia muuntuu kemialliseksi energiaksi.
• Klorofylli—Vihreä pigmentti kloroplastissa. Imea kevyttä energiaa.

Fotosynteesi tapahtuu kahdessa vaiheessa. Näitä vaiheita kutsutaan kevytreaktioiksi ja pimeiksi reaktioiksi. Valoreaktiot tapahtuvat valon läsnä ollessa. Pimeät reaktiot eivät vaadi suoraa valoa, mutta tummat reaktiot tapahtuvat useimmissa kasveissa päivän aikana.

Kevyet reaktiot esiintyy pääasiassa granaan tylakoidipinoissa. Tässä auringonvalo muunnetaan kemialliseksi energiaksi ATP: n (vapaa energiaa sisältävä molekyyli) ja NADPH: n (korkean energian elektronia kantava molekyyli) muodossa. Klorofylli imee kevyttä energiaa ja aloittaa vaiheketjun, joka johtaa ATP: n, NADPH: n ja hapen tuottamiseen (veden jakautuessa). Happi vapautuu stomaatan kautta. Sekä ATP: tä että NADPH: ta käytetään pimeissä reaktioissa sokerin tuottamiseksi.

Tumma reaktio esiintyy stromassa. Hiilidioksidi muutetaan sokeriksi käyttämällä ATP: tä ja NADPH: ta. Tätä prosessia kutsutaan hiilen kiinnitykseksi tai Calvin-jaksoksi. Calvin-syklillä on kolme päävaihetta: hiilen kiinnittyminen, pelkistys ja regeneraatio. Hiilen kiinnityksessä hiilidioksidi yhdistetään 5-hiilisen sokerin [ribuloosi1,5-bifosfaatti (RuBP)] kanssa, jolloin muodostuu 6-hiilinen sokeri. Pelkistysvaiheessa kevyessä reaktiovaiheessa tuotettuja ATP: tä ja NADPH: ta käytetään muuntamaan 6-hiilisokeri kahdeksi 3-hiilen molekyyliksi hiilihydraatti, glyseraldehydi-3-fosfaatti. Glyseraldehydi-3-fosfaattia käytetään glukoosin ja fruktoosin valmistukseen. Nämä kaksi molekyyliä (glukoosi ja fruktoosi) yhdistyvät sakkaroosin tai sokerin valmistamiseksi. Regenerointivaiheessa jotkut glyseraldehydi-3-fosfaatin molekyylit yhdistetään ATP: n kanssa ja muutetaan takaisin 5-hiiliseksi sokeriksi RuBP. Kun sykli on valmis, RuBP on saatavana yhdistämään hiilidioksidiin syklin aloittamiseksi uudelleen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että fotosynteesi on prosessi, jossa valoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi ja sitä käytetään orgaanisten yhdisteiden tuottamiseen. Kasveissa fotosynteesi tapahtuu tyypillisesti kasvien lehdissä sijaitsevissa kloroplasteissa. Fotosynteesi koostuu kahdesta vaiheesta, valoreaktioista ja pimeistä reaktioista. Valoreaktiot muuntavat valon energiaksi (ATP ja NADHP) ja tummat reaktiot käyttävät energiaa ja hiilidioksidia sokerin tuottamiseen. Katso fotosynteesin katsaus Fotosynteesiviktoriini.