פוטוסינתזה

Wildflowers in Berkeley.jpg, התרכובת שקולטת את אור השמש]]

פוטוסינתזה (Photosynthesis; בעברית: הטמעה) היא תהליך המשמש להפקת אנרגיה ותרכובות אורגניות בחלק מהייצורים החיים.

מקור שמו של התהליך ביוונית: פוטו פירושו "אור", סינ פירושו "חיבור", תזיס פירושו "מיקום". הצירוף סינ+תזיס (סינתזה) פירושו "בניה" או "יצירה".

התהליך

הייצורים המבצעים פוטוסינתזה - כמעט כל הצמחים וקבוצות מסוימות של אצות וחיידקים - מוגדרים כפוטואוטוטרופים (יצרנים), זאת מכיוון שהם לא נזקקים לתרכובות אורגניות כלשהן ממקור חיצוני (מזון) בכדי להפיק אנרגיה ובכדי לייצר את התרכובות האורגניות המרכיבות את תאיהם. את האנרגיה מפיקים האוטוטרופים באמצעות ניצול אנרגיית אור, שמקורה בדרך כלל בקרינת השמש; את התרכובות האורגניות מפיקים האוטוטרופים באמצעות ניצול הפחמן הדו-חמצני שנמצא באוויר. האוטוטרופים מסוגלים לגרום לפחמן הדו-חמצני להתרכב עם מים ליצירת גלוקוז, פחמימה בסיסית המשמשת כחומר מוצא לתרכובות אורגניות רבות.

תהליך הפוטוסינתזה הוא הבסיס לקיומם של כל הייצורים החיים על פני כדור הארץ, זאת מכיוון שהאוטוטרופים הם הייצורים היחידים שמסוגלים לייצר תרכובות אורגניות (גלוקוז) מתרכובות אי-אורגניות (פחמן דו-חמצני ומים). התרכובות האורגניות שמייצרים הצמחים מגיעים אל הייצורים שאינם אוטוטרופים (הטרוטרופים) כשאלו אוכלים צמחים או אוכלים יצורים צמחוניים. יצורים המבצעים פוטוסינתזה הם, אם כן, מקור המזון עבור כל הייצורים החיים.

הנוסחה הכללית לתהליך הפוטוסינתיזה היא: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → אור + 12H₂O + 6CO₂

כפי שניתן לראות, מולקולות חמצן מיוצרות בפוטוסינתזה כתוצר לוואי. הצמחים ושאר הייצורים הפוטוסינתטיים פולטים את החמצן אל הסביבה. לעובדה זו חשיבות אבולוציונית רבה: בזכות הופעת הייצורים הפוטוסינתטיים על פני כדור הארץ לפני כשלושה מיליארד שנה החל בהדרגה שיעור החמצן באטמוספירה לעלות. במרוצת הדורות התפתחו יצורים המסוגלים לנצל את החמצן עצמו לשם הפקת אנרגיה; אלו הם הייצורים הארוביים, הכוללים את הייצורים המפותחים ביותר, ובהם האדם.

הכלורופלסט

Leaf1web.jpg הוא "איבר הפוטוסינתזה" של רוב הצמחים]]

הפוטוסינתזה מתרחשת באברון מיוחד בתא הנקרא כלורופלסט, ותפקידו הוא ביצוע הפוטוסינתזה. הכלורופלסט בנוי משתי ממברנות (קרומי תא) העוטפות נוזל צמיג הקרוי סטרומה. בסטרומה מסתעפת מערכת עטופת ממברנה הקרויה תילקואיד. הריאקציות הראשונות של הפוטוסינתזה נערכות על ממברנת התילקואיד, בעוד הריאקציות הסופיות של הפוטוסינתזה נערכות בסטרומה.

כלורופיל

על ממברנת התילקואיד נמצאים פיגמנטים (צבענים) רבים. הנפוץ בצבענים הוא הכלורופיל אשר צבעו ירוק. תפקידם של הצבענים הוא קליטת אור שמש לשם ניצולו כאנרגיה אשר דרושה לביצוע התהליך.

מערכת האור

מערכת האור היא מערכת הנמצאת על ממברנת התילקואיד. מערכת האור נועדה לקליטה יעילה של אנרגיית אור, תוך כדי פליטה של מעט אנרגיית חום אשר התא אינו יכול להשתמש בה. המערכת בנויה חלבונים וצבענים שונים.

מערכת האור קולטת על ידי פיגמנט אור שמש. האנרגיה עוברת מן הקולטן אל חלבון זה או אחר. החלבונים מעבירים זה לזה את האנרגיה עד שהיא מגיעה אל כלורופיל הקרוי כלורופיל a. מכלורופיל זה מועברת האנרגיה למערכת העברת האלקטרונים שצמודה לה. תפקידה הוא להעביר את האנרגיה על ידי אלקטרונים, כאשר בכל העברה מקצת האנרגיה נפלטת ומנוצלת לצורכי התא.

התגובות התלויות באור

הריאקציות הראשונות של הפוטוסינתזה מתבצעות על ממברנת התילקואיד. ריאקציות אלה צורכות אור שמש, ואינן מתבצעות בחושך. ריאקציות אלה מתרחשות בשתי צורות:

הפשוטה יותר היא המסלול המעגלי.
המורכבת והיעילה יותר היא המסלול הלא מעגלי.

מטרת המסלולים היא הפקת מולקולות ATP, צורת האנרגיה בה התא יכול להשתמש לצורכיו, וכן מולקולות NADPH, קואנזים המעביר יוני מימן לתגובות המאוחרות.

המסלול המעגלי

המסלול המעגלי המשמש לייצור מולקולות ה-ATP מתחיל ב"מערכת אור I" (לכלורופיל בה שיא קליטה של 700 ננומטר). מסלול הריאקציה ממשיך מהכלורופיל אל מולקולה קולטת כלשהי וממנה אל מערכת העברת האלקטרונים (הפולטת את האנרגיה הדרושה לייצור מולקולות ה-ATP). ממערכת העברת האלקטרונים האלקטרונים מגיעים חזרה אל מערכת האור.

המסלול הלא מעגלי

מסלול זה מורכב יותר מהראשון. במסלול זה האלקטרונים ממערכת ההעברה אינם חוזרים למערכת האור אלא מנוצלים להפקת מולקולות ה-NADPH. אלקטרונים ממים מחליפים את מקומם. ראשית אור מגיע ל"מערכת העברה II" (לכלורופיל בה שיא קליטה של 680 ננומטר). האנרגיה המגיעה אל המערכת מנוצלת לפירוק של המים לחמצן וליוני מימן בתהליך הנקרא פוטוליזה. שארית האנרגיה מועברת למערכת העברת האלקטרונים (האנרגיה הנפלטת מנוצלת לייצור מולקולות ה-ATP). ממערכת העברת האלקטרונים מועברים האלקטרונים למערכת אור I וממנה מנוצלים להפקת מולקולות ה-NADPH.

התגובות שאינן תלויות באור

סדרת תגובות זו אינה זקוקה לאור שמש ישירות אלא לאנרגיה ממולקולות ה-ATP וליוני מימן ממולקולות ה-NADPH. כל עוד מולקולות אלה מסופקות, בנוסף לפחמן דו-חמצני הזמין מן האוויר, התגובות ימשכו. בסופן של תגובות אלה נוצר הגלוקוז שמשמש את התא להפקת אנרגיה בתהליך הנשימה התאית (האנרגיה שהופקה בתגובות הראשונות נועדה לספק אנרגיה לתגובות המאוחרות). בתחילה נקלט פחמן דו-חמצני מן האוויר. הוא נקשר אל מולקולה בשם RUBP. בריאקציה זו מתחילה תגובת שרשרת מעגלית שנקראת מעגל קלווין בנסון אשר בסיומה נוצר גלוקוז וכן מולקולת ה-RUBP שנקשרת לפחמן הדו-חמצני ותהליך זה חוזר חלילה.

מטבוליזם | מורפולוגיה של צמחים

Gourt Home::Gourt :: פוטוסינתזה