פוטוסינתזה כתופעה כימית היאהוא תהליך שבמהלכו היווצרות של תרכובות אורגניות מתרחשת במהלך האינטראקציה של מים ופחמן דו חמצני. תנאי הכרחי הוא התהליך באור, עם השתתפות ישירה של חומרים פוטוסינתטיים. עבור עולם הצמח חומרים כגון כלורופיל, עבור חיידקים - bacteriochlorophyll.
תגובה זו היא צעד רב בטבע לובשאופי קוונטי. Multistep מתבטא בכך שבמהלך תהליך הפוטוסינתזה, תהליכים של קבלה, שינוי ושימוש באנרגיית האור הקוונטית שהתקבלה ממשיכים באופן רצוף. אחד הטרנספורמציות הללו הוא תהליך הטרנספורמציה של פחמן דו חמצני לחומר אורגני. ואת התהליך שבו מולקולות אנרגיה רווי ותרכובות ATP מופיעים נקרא שלב האור של הפוטוסינתזה. התנאי העיקרי גורם עבור זרימת השלב הזה הוא נוכחות של אנרגיה קלה. את המנגנון להבטחת טרנספורמציה כזו כמו השלב הקל של הפוטוסינתזה ניתן לייצג באופן סכמטי כדלקמן. כלורופיל, הנמצא על הממברנות של כלורופלסטים של צמחים, סופג את שטפי האור של אנרגיית השמש. אז אנרגיה זו תורמת לשילוב של אלמנטים של חומצה זרחתית עם אלמנטים של מולקולות ATP ו ADP. עם זאת, את העבודה של האנרגיה של האור לא נגמר גם שם. בנוסף להשפעה על תהליך ההיתוך של מולקולות, אנרגיה זו מאפשרת לבצע את התגובה של פיצול מרכיבי המים. כאן, בשלב האור של הפוטוסינתזה ממשיך כתגובה 2H20 = 4H + + 4e- + O2. כפי שאתה יכול לראות, התוצאה של תגובה זו היא התפתח חמצן, אשר לאחר מכן בצורה חופשית פשוט נכנס לסביבה הטבעית.
השלב הבא, במהלכושלב אור של פוטוסינתזה, הוא הפעלת מולקולות כלורופיל. במהלך תהליך זה, בהשפעת קוונטיות אור, האלקטרון של מולקולת הכלורופיל נע לרמה אלקטרונית גבוהה יותר במבנה המולקולה. אלמנטים של חלבוני כלורופלסט משמשים כזרזים ומובילים של אלקטרון זה. עובר דרך רצף מסוים של חלבונים נשאיים אלה, האלקטרון של מולקולת הכלורופיל נאלץ לאבד את האנרגיה שלו, והוא מושקע בשמירה על תהליך החמצון במולקולות ה- ATP.
לאחר שאיבדו את האנרגיה והאלמנטים שלהם(אלקטרונים), מולקולות כלורופיל מצטמצמות עקב תוספת אלקטרונים, שהופיעו כתוצאה מהתגובה שהוזכרה לעיל של פיצול מולקולת המים. המימן שנוצר בתהליך פיצול זה מסונתז עם חומר אחר, אשר יוכל לשמש כטרנספורטר שלו בתוך הכלורופלסט.
צמחים מתקיימים באופן טבעי בתנאיםחושך, כלומר כאשר זרימת אנרגיית האור נעדרת. לכן, מתרחש גם השלב האפל של הפוטוסינתזה, המתרחש בחלל שבין הממברנה לתילאקואידים של הכלורופלסט. בשלב זה אין צורך באנרגיית אור, והתגובה עצמה מורכבת מתהליכי טרנספורמציה עוקבים של מולקולות פחמן דו חמצני הנכנסות לאוויר האטמוספרי. התוצאה של טרנספורמציות כאלה היא היווצרות מולקולות גלוקוז, קודם כל, ותרכובות אורגניות אחרות. תרכובות אלה הן חומצות אמינו, נוקלאוטידים וגליצרין ידוע.
בנוסף לחלוקה לשלבי הפוטוסינתזה, במדעהסיווג של תהליך טבעי זה לפי סוגים נחשב. העיקריות שבהן הן C3- פוטוסינתזה ו- C4 פוטוסינתזה, היוצרות בהתאמה תרכובות של שלוש וארבע פחמן.
