Válassz tantárgyat!
  • Matematika
  • Magyar nyelv
  • Magyar irodalom
  • Történelem
  • Angol nyelv
  • Német nyelv
  • Fizika
  • Földrajz
  • Kémia
  • Biológia
  • Informatika
  • A gyorsmenü a kidolgozott érettségi tételekre vonatkozik. Az érettségi feladatsorokat a fejlécből érheted el!
    X

    Skip to content

    Fotoszintézis

    A fotoszintézis egy olyan biológiai folyamat, melyben az élőlények a napfény energiáját felhasználva szervetlen anyagból szerves anyagot hoznak létre. Az elnevezés a foton (a napfény kvantuma) és a szintézis (=előállítás) szavakból tevődik össze. A fotoszintézis olyan metabolizmus, amely lebontó (katabolikus) és felépítő (anabolikus) folyamatokból tevődik össze. A katabolikus folyamat a fényreakció, amikor a fényenergia kémiai energiává alakul. Az anabolikus folyamat során a szén-dioxid megkötése (fixáció) történik és annak szénforrásként való felhasználása a növekedéshez, ezt nevezzük sötét reakciónak. Továbbá a fotoszintézis „fény-szakaszában” felhalmozott kémiai energia és redukálókapacitás (NADPH) hasznosul még az oxidált állapotú kén- és nitrogénatomok redukciójához és azok szerves molekulákba történő beépítéséhez.

    A fényenergiát kémiai energiává a növények, a színesmoszatok (Chromista regnum fotoszintetizálói), a fotoszintetizáló cianobaktériumok, bíbor- és zöldbaktériumok képesek átalakítani. A cianobaktériumok és az eukarióta fotoszintetizálók („növények”) az oxigéntermelő fotoszintézist használják; a bíbor- és zöldbaktériumok a bakteriális vagy anoxigénikus (oxigént nem termelő) fotoszintézist alkalmazzák.

    Felfedezésének története

    A fotoszintézist Jan Ingenhousz orvos fedezte fel. Jan Ingenhousz 1730-ban született Bredában, Hollandiában.

    1774-ben Joseph Priestley felfedezte az oxigént és kísérletezni kezdett ezzel az új, láthatatlan gázzal. Egyik kísérletében meggyújtott gyertyát egy lezárt üvegbe helyezett (amibe előzőleg tiszta oxigént töltött), és megvárta, amíg a láng elfogyasztja az oxigént és kialszik. Anélkül, hogy a burába friss levegő mehetett volna, egy friss mentaágat tett (amit előzőleg egy pohár vízbe állított), és azt várta, hogy a növény ebben a „rossz” levegőben el fog pusztulni. Ehelyett a növény tovább élt. Két hónap múlva Priestley egy egeret tett ugyanebbe a burába, és az egér is életben maradt, bizonyítva ezzel, hogy a növény valamiképpen „helyreállította” a burában a levegőt, ami az élethez szükséges. De a kísérlet nem volt mindig sikeres. Priestley belenyugodott a rejtélybe, és mást kezdett tanulmányozni.

    1777-ben Ingenhousz olvasott Priestley kísérleteiről, és azok elbűvölték. Semmi mással nem tudott foglalkozni, ezért elhatározta, hogy a végére jár a dolognak, és megpróbálja a rejtélyt is megfejteni.

    A következő két évben mintegy 500 kísérletet folytatott le, amiben igyekezett minden változóra és minden lehetőségre gondolni. Két olyan módszert is kifejlesztett, amikkel a növények által kibocsátott gázt fel tudta fogni. Az egyik egy kis lezárt üveg volt, amibe a növényt helyezte. A másik módszerben a növényt víz alá süllyesztette.

    Ingenhousz mindkét módszert használta a kísérletei során, de a víz alá merítést egyszerűbbnek találta, mivel ekkor a keletkező gáz kis buborékokban felfelé szállt, és ezt könnyű volt összegyűjteni. Minden alkalommal, amikor kellő mennyiség összegyűlt, megvizsgálta, hogy a gáz az égést táplálja-e (oxigén van-e benne), vagy inkább elfojtja (szén-dioxidot tartalmaz).

    Ingenhousz csodálkozott a jelenség szimmetriáján: az emberek oxigént lélegeznek be és szén-dioxidot lélegeznek ki, míg a növények (napfényben) szén-dioxidot lélegeznek be és oxigént lélegeznek ki. Éjszaka azonban, vagy fény hiányában a növények is oxigént lélegeznek be és szén-dioxidot bocsátanak ki. Több száz kísérlet után Ingenhousz megállapította, hogy a növények sokkal több oxigént bocsátanak ki, mint amennyit felvesznek.

    Ingenhousz kimutatta, hogy az oxigénkibocsátáshoz napfény szükséges. Azt is megállapította, hogy a növények, miközben fejlődnek és új hajtás, ág, bimbó növekszik rajtuk, a talaj nem veszít a tömegéből (ahogy többen feltételezték akkoriban), hanem a növekedést a napfény segíti elő, a növények szenet kötnek meg a levegő szén-dioxidjából, és ebből növekszenek napfény jelenlétében.

    Az Ingenhousz által felfedezett folyamat a fotoszintézis. 1779-ben kiadta eredményeit egy könyvben (Experiments Upon Vegetables – „kísérletek zöldségekkel”). A fotoszintézis szót néhány évvel később alkották meg görög szavakból, a szó jelentése: „fény által összerakni valamit”.

    Színanyagok

    Többféle pigmentet találhatunk a különböző fotoszintetizáló szervezetekben. Minden fotoszintetikus rendszer elsődleges pigmentje valamilyen klorofill-forma. A klorofillok egy tetrapirrol származékok, melyek magnéziumot központi atomot tartalmaznak porfiringyűrű közepén. Kovalens kötéssel kapcsolódik a tetrapirrol-fejhez egy hidrofób oldallánc, amelynek segítségével a klorofillok a membránokhoz képesek kapcsolódni. A zöld növények klorofill a-t és b-t tartalmaznak, a cianobaktériumok többsége csak klorofill-a-t. A színes moszatok klorofill-b-t nem, de klorofill-c-t, d-t és e-t tartalmazhatnak. A bíbor és zöld baktériumok klorofillját bakterioklorofilloknak nevezik, ezek a makrociklus oldalláncaiban eltérnek a klorofilloktól, és ez az abszorpciós spektrumban is változást okoz. A klorofillok 450 nm körül és 650-750 nm-nél abszorbeálják a fényt; a bakteriális klorofillok 800-1000 nm–nél abszorbeálnak. A fotoszintetikus apparátus általában tartalmaz karotinoidokat. Ezek fénygyűjtő pigmentekként szolgálnak, a kék-zöld spektrális régióban, 400-550 nm között abszorbeálva a fényt. A karotinoidok szerepe a fénygyűjtésen túl a magas fényintenzitás elleni védekezésben is fontos (xanthofill-ciklus). A fikobiliproteinek által kötött fikobilinek a cianobaktériumok fő fénygyűjtő pigmentjei, amelyeket néhány algában is megtalálhatunk. Ezek zöldek, vagy vörösek, a fényspektrum közepéről abszorbeálnak 550 és 650 nm között.

    A fotoszintézis általános folyamata

    A fényreakció a klorofill-a jelenlététől függ, amely az elsődleges pigment a fotoszintetikus szervezetek membránjában. A fénykvantum abszorpciója a klorofillban a vörös és kék tartományban egy elektron áthelyeződését okozza. Az elvesztett elektront a fotoszintetikusan aktív klorofill-molekulák egy elektrondonorról származó elektronnal pótolják. Az elektron áthelyeződése energiafelszabadulással jár, miközben keresztülhalad a membránban a fotoszintetikus elektron transzport rendszerben. Az elektron átadása közben a membránban a protonok áthelyeződése miatt töltéskülönbség jön létre, ami az energiatermelés hajtóereje.