Fotosynteza to proces pochłaniania światła, dwutlenku węgla i wody, aby następnie przekształcić je w związki organiczne. Jak zachodzi? Do czego jej potrzebujemy?
Fotosynteza ma ogromny wpływ na życie ludzkie, zwierząt i roślin. Bez niej nie istniałby świat. Tworzy niezbędne mikroskładniki potrzebne do zbudowania masy.
Do czego potrzebna jest fotosynteza?
Fotosynteza jest niezbędnym elementem rozwoju roślin. Bez zachodzenia reakcji fotosyntezy, rośliny nie byłyby w stanie się rozwijać. Tym samym, jeśli rośliny lądowe się nie rozwijają, człowiek i inne zwierzęta tracą pożywienie oraz tlen. Nie mając co jeść i czym oddychać, świat wymiera. Biorąc pod uwagę ten aspekt, fotosynteza jest kluczowa nie tylko dla roślin, ale i ludzi.
Czym jest fotosynteza?
Fotosynteza to proces chemiczny. Przekształca proste związki nieorganiczne (dwutlenek węgla), wodę oraz sole mineralne zawarte w wodzie w związki organiczne, takie jak: węglowodany (cukry proste i złożone), białka, tłuszcze i barwniki. Proces ten zachodzi przy udziale światła słonecznego. Komórki roślinne zawierają chlorofil (zielony barwnik) oraz karoten (żółty barwnik). Proces fotosyntezy zachodzi w chloroplastach.
Produktem ubocznym tego procesu jest tlen uwalniany do atmosfery. Jak wiadomo, tlen jest niezbędny do życia i korzystają z niego wszystkie zwierzęta. Wytworzyć go potrafią jedynie rośliny.
Jak zachodzi ten proces?
Rośliny pobierają dwutlenek węgla z atmosfery przez aparaty szparkowe. Wodę oraz zawarte w niej sole mineralne przedostają się do rośliny przez system korzeniowy. Substraty (woda i dwutlenek węgla) kolejno rozkładają się na atomy: wodoru, tlenu i węgla. Dzieje się tak dzięki energii świetlnej dostarczonej przez chlorofil. Podczas rozkładu wody tlen uwalnia się do atmosfery, a wodór i węgiel zostaje pochłonięty przez tkanki roślinne i zredukowany.
Dwie fazy fotosyntezy
Fotosynteza zajdzie wyłącznie w komórkach, które zawierają chlorofil (chloroplastach). Odbywa się w 2 etapach:
- Faza jasna – polega na zmianie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych. Chlorofil z pomocą karotenu, pochłania światło, które jest niezbędne do wykonania tej fazy (stąd nazwa faza jasna). Rezultatem fazy jasnej jest przekształcenie energii świetlnej w chemiczną, która zostaje zmagazynowana w postaci ATP oraz NADPH. Są to związki, które tworzą siłę asymilacyjną.
- Faza ciemna – inaczej zwana cyklem Calvina. Reakcje biochemiczne zachodzą bez udziału światła w stromie chloroplastu. Nie znaczy to, że faza ciemna możliwa jest wyłącznie w nocy. Ta faza nie potrzebuje energii słonecznej, wykorzystuje energię chemiczną w postaci siły asymilacyjnej. Jej zadaniem jest zredukowanie dwutlenku węgla do cukrów prostych.
Czynniki wpływające na intensywność fotosyntezy
Czynniki, które mają kolosalny wpływ na natężenie fotosyntezy to: natężenie światła, barwa światła, ilość dwutlenku węgla, temperatura, woda oraz tlen.
Natężenie światła
Natężenie światła ma duży wpływ na przebieg fotosyntezy. To od niego zależy, jak intensywnie przebiegnie ten proces. Natężenie różni się w zależności od klimatu, rejonu, pory roku i pory dnia. Intensywność będzie wzrastać aż do osiągnięcia tzw. świetlanego punkt nasycenia. Wtedy proces fotosyntezy będzie przebiegał najbardziej wydajnie. Niestety, jeśli dojdzie do przesycenia, fotosynteza zacznie być mniej wydajna, co w dłuższym czasie doprowadza do zniszczenia rośliny.
Temperatura
Temperatura wpływa na aktywność enzymów. Reakcje fotosyntetyczne bez problemu przebiegają w zakresie temperatur 0-45°C. Optymalnym przedziałem jest 20-30°C. Zbyt duża temperatura sprawi, że proces fotosyntezy zacznie spowalniać i w końcu całkowicie się zahamuje. Dojdzie wtedy do denaturacji kompleksów białkowych.
Dwutlenek węgla
Pomimo że dwutlenek węgla jest substratem i bez niego nie zajdzie fotosynteza, jego ilość musi być odpowiednia. W atmosferze występuje w ilości 0,04%, co jest wystarczające do zachodzenia reakcji. Zwiększenie go do ilości 0,1% pozwoli przyśpieszyć reakcję. Przekroczenie 1% wiąże się z zahamowaniem procesów chemicznych, ponieważ aparaty szparkowe zamykają się przy zbyt dużym stężeniu dwutlenku węgla. Nagromadzenie powoduje silne zakwaszenie.
Barwa światła
Chlorofil najlepiej pochłania światło niebieskie, w mniejszym stopniu pomarańczowe, żółte, czerwone i fioletowe.
Woda
Woda pełni dużą rolę w kwestii nawodnienia rośliny, a tym samym otwarcia aparatów szparkowych. Są one niezbędne do pochłaniania dwutlenku węgla. Zamknięcie ich sprawi, że nie będzie to możliwe.
Tlen
Zwiększona ilość tlenu nieco zmienia w pochłanianiu CO2. Tlen wpływa głównie na zachodzenie procesu utlenienia różnych związków chemicznych.
Czynniki wewnętrzne istotne dla fotosyntezy
Efektywność fotosyntezy zależy nie tylko od ilości substratów. Ważna jest również aktywna powierzchnia liścia. To w nich znajduje się chlorofil oraz aparaty szparkowe, które pobierają dwutlenek węgla i oddają parę wodną do otoczenia. Istotny jest również system korzeniowy, który pobiera wodę i składniki mineralne z podłoża. Jeśli nie zaatakowała go żadna choroba, bez problemu będzie funkcjonowała roślina.
Dlaczego fotosynteza odgrywa istotną rolę w życiu wszystkich organizmów?
Fotosynteza jest bardzo ważnym, procesem biochemicznym w przyrodzie. Dzięki niej energia słoneczna przekształca się w węglowodany, białka, tłuszcze i związki organiczne, a one są niezbędne dla rozwoju wszystkich zwierząt na Ziemi. Fotosynteza umożliwia rozwój roślin, a węgiel z dwutlenku węgla jest wykorzystywany do ich rozrostu. Produkty wytwarzane w procesie fotosyntezy to jedyne źródło tworzenia biomasy.
Ważna jest równowaga w przyrodzie. Niedobór oraz nadmiar jednego z substratów zakłóca całą gospodarkę wśród roślin.
Fotosynteza jest niezwykle ważna dla ludzi i innych zwierząt na Ziemi. Bez tego procesu niemożliwa jest produkcja tlenu i biomasy.
