فوتوسنتز چگونه عمل می‌کند؟
فوتوسنتز چگونه عمل می‌کند؟
مجله علمی ایلیاد - زمانی که نفس عمیق می‌کشید باید از گیاهان تشکر کنید. زمانی که میوه و سبزیجات تازه مصرف می‌کنید نیز باید از گیاهان تشکر کنید. به طور کل گیاهان و جلبک‌ها اکسیژن و کربوهیدرات مورد نیاز انسان‌ها را فراهم می‌کنند. آن‌ها این کار را از طریق فوتوسنتز انجام می‌دهند.
فوتوسنتز فرآیندی است که طی آن قند و اکسیژن از دی‌اکسیدکربن، آب و نور خورشید تولید می‌شود. این کار از طریق مجموعه‌ای طولانی از واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شود. ولی خلاصه‌ی این واکنش‌ها این است که دی‌اکسیدکربن، آب و نور خورشید وارد می‌شوند، گلوکز، آب و اکسیژن خارج می‌شوند.
فوتوسنتز را می‌توان به دو فرآیند تقسیم کرد. بخشی از آن به واکنشی اشاره دارد که توسط نور تحریک می‌شود و بخش دوم آن به تولید قند اشاره دارد که «سیکل کلوین» نیز نامیده می‌شود. هر دوی این واکنش‌ها درون «کلروپلاست» انجام می‌شود. کلروپلاست ساختار خاصی است که درون یک سلول گیاهی وجود دارد. این ساختار دارای غشاهایی به نام غشاهای تیلاکوئید است که واکنش با نور خورشید از آنجا شروع می‌شود.
زمانی که نور به برگ درختان می‌رسد، بر روی کلروپلاست و غشاهای تیلاکوئید می‌تابد. این غشاها دارای رنگدانه‌های سبزی به نام «کلروفیل» هستند. این رنگدانه‌ها انرژی نور را جذب می‌کنند. نور در واقع به شکل امواج الکترومغناطیسی می‌تابد و بسته به طول موج این امواج دارای انرژی است. اگر مولکولی مانند کلروفیل با شکل مناسب در جای مناسب قرار گیرد، می‌تواند انرژی طول موج خاصی از این امواج را جذب کند.
کلروفیل این قابلیت را دارد که طول موج‌های قرمز و آبی را جذب کند و طول موج سبز را منعکس کند. به همین دلیل ما گیاهان را سبز می‌بینیم، زیرا نمی‌توانند طول موج سبز را جذب کنند و آن‌را به چشم ما منعکس می‌کنند.
هر چند نور به صورت موج حرکت می‌کند، ولی با این حال می‌تواند به شکل ذراتی به نام «فوتون» نیز وجود داشته باشد. فوتون‌ها جرم ندارند، ولی مقدار کمی انرژی نوری دارند. زمانی که یک فوتون نوری از خورشید به برگ درخت می‌رسد، انرژی آن باعث برانگیخته شدن مولکول کلروفیل می‌شود. این فوتون فرآیندی را آغاز می‌کند که در آن یک مولکول آب شکسته می‌شود.
اتم اکسیژنی که در نتیجه‌ی این فرآیند آزاد می‌شود به سرعت با اتم‌های آزاد شده از فرآیندهای موازی پیوند می‌خورد و مولکول اکسیژن تولید می‌کند. طی این فرآیندهای شیمیایی مولکول‌هایی به نام «ATP» و «NADPH» نیز تولید می‌شوند که به سلول اجازه می‌دهند انرژی را در خود ذخیره کند. این دو مولکول در بخش دوم فوتوسنتز نیز دارای عملکرد هستند. در واقع در بخش اول علاوه بر اکسیژن، انرژی ذخیره می‌شود تا در بخش دوم فوتوسنتز به کمک این انرژی ذخیره شده از طریق سیکل کلوین قند تولید شود.
سیکل کلوین به خاطر کاشف آن، «ملوین کلوین» به این نام نامیده می‌شود. این سیکل در برخی مواقع واکنش تاریک نیز نامیده می‌شود، زیرا هیچکدام از مراحل آن نیاز به نور ندارند. با این حال این فرآیند در روز انجام می‌شود.
سیکل کلوین چهار مرحله‌ی اصلی دارد:
تثبیت کربن؛ که در آن یک مولکول دی‌اکسیدکربن توسط روبیسکو که یک آنزیم تسریع کننده‌ی واکنش است به یک مولکول کربن دیگر چسبانده می‌شود. این مرحله اهمیت زیادی دارد به نحوی که روبیسکو مرسوم‌ترین پروتئین روی زمین است. در واقع روبیسکو واکنش را به نحوی پیش می‌برد که یک مولکول شش کربنی تولید می‌شود و به سرعت به دو مولکول سه کربنی تبدیل می‌شود.
کاهش؛ فرآیندی است که طی آن از انرژی مولکول‌های ATP و NADPH استفاده می‌شود و مولکول‌های تولید شده در مرحله‌ی تثبیت کربن به مولکول‌های کوچک قند تبدیل می‌شوند. این مولکول‌های قند «G3P» نامیده می‌شوند.
شکل‌گیری کربوهیدرات؛ برخی از مولکول‌های G3P در این مرحله سیکل کلوین را ترک می‌کنند و به مولکول‌های بزرگ‌تر قند تبدیل می‌شوند.
بازتولید؛ در این مرحله برخی از مولکول‌های G3P مجدداً به یکدیگر می‌چسبند و مولکول‌های شش کربنی را می‌سازند و سیکل کلوین مجدداً شروع می‌شود.