Fotosynteza — przebieg i znaczenie procesu

Fotosynteza to podstawa niemal całego życia na Ziemi — od niej zaczyna się każdy łańcuch pokarmowy, a jej produktem ubocznym jest tlen, którym oddychamy.

Równanie sumaryczne

6 CO₂ + 6 H₂O + energia świetlna → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

W słowach: sześć cząsteczek dwutlenku węgla i sześć wody, przy udziale energii światła, dają jedną cząsteczkę glukozy i sześć cząsteczek tlenu.

To zapis uproszczony — w rzeczywistości proces składa się z kilkudziesięciu reakcji, ale w tej postaci wymaga się go na sprawdzianach.

Gdzie zachodzi

W chloroplastach, organellach obecnych w komórkach zielonych części rośliny, przede wszystkim w liściach. Zawierają one chlorofil — barwnik pochłaniający światło.

Chlorofil pochłania głównie światło czerwone i niebieskie, a odbija zielone — dlatego rośliny są zielone. To ważny szczegół: zielony kolor liścia to barwa, której roślina NIE wykorzystuje, bo ją odrzuca.

Dwie fazy

Faza jasna (zależna od światła) zachodzi w tylakoidach. Energia świetlna rozbija cząsteczki wody — powstaje tlen, który uchodzi na zewnątrz, oraz nośniki energii wykorzystywane w kolejnym etapie.

Faza ciemna (cykl Calvina) zachodzi w stromie chloroplastu. Wbrew nazwie nie wymaga ciemności — nie potrzebuje jedynie światła bezpośrednio. Na tym etapie dwutlenek węgla zostaje wbudowany w cząsteczki cukru.

Nazwa „faza ciemna” to jedno z najczęstszych źródeł nieporozumień. W nowszych podręcznikach używa się określenia faza niezależna od światła, które lepiej oddaje istotę procesu.

Czynniki wpływające na tempo

• Natężenie światła — do pewnego progu wzrost przyspiesza proces, potem następuje nasycenie
• Stężenie CO₂ — w warunkach naturalnych to zwykle czynnik ograniczający
• Temperatura — optimum dla większości roślin to 20–30°C; powyżej enzymy tracą aktywność
• Dostępność wody — niedobór powoduje zamknięcie aparatów szparkowych, co odcina dopływ CO₂

Fotosynteza a oddychanie komórkowe

To procesy przeciwstawne, co bywa mylące. Fotosynteza pochłania dwutlenek węgla i wydziela tlen, magazynując energię w cukrach. Oddychanie komórkowe robi odwrotnie — zużywa tlen i cukry, uwalniając energię oraz dwutlenek węgla.

Kluczowa uwaga: rośliny oddychają przez całą dobę, także w dzień. Fotosynteza zachodzi tylko przy świetle, dlatego w dzień produkcja tlenu przewyższa jego zużycie, a nocą roślina wyłącznie oddycha. Twierdzenie, że rośliny „w nocy zabierają tlen”, jest technicznie prawdziwe, ale ilości są znikome w porównaniu z objętością powietrza w pomieszczeniu.

Dlaczego to takie ważne

Fotosynteza wytwarza materię organiczną, od której zaczynają się wszystkie łańcuchy pokarmowe — zwierzęta roślinożerne żywią się roślinami, drapieżniki roślinożercami. Bez niej nie istniałby żaden z tych poziomów.

Odpowiada też za skład atmosfery. Tlen, którego dziś jest w powietrzu około 21 procent, pojawił się w niej dzięki organizmom fotosyntetyzującym — proces ten trwał setki milionów lat i całkowicie zmienił warunki panujące na planecie.