Οι βιοχημικές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης έχουν ως στόχο να παράγουν οργανικές ενώσεις, η σύνθεση των οποίων απαιτεί ενέργεια αλλά και την ύπαρξη κατάλληλων ενζύμων (πρωτεϊνων). Η ενέργεια προέρχεται από το «φως», ενώ τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που καταλύουν βιοχημικές αντιδράσεις στα κύτταρα με σκοπό να αυξήσουν τη ταχύτητα των αντιδράσεων.
Τι είναι οι φωτεινές και σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης;
Κατά τις φωτεινές αντιδράσεις (στάδιο φωτοσύνθεσης) η ενέργεια της ακτινοβολίας μετατρέπεται σε χημική με τη μορφή χημικών ενώσεων γεγονός που εξαρτάται άμεσα από τη παρουσία φωτισμού. Ενώ, οι σκοτεινές αντιδράσεις περιλαμβάνουν καθαρά βιοχημικές αντιδράσεις στις οποίες η ενέργεια που έχει ενσωματωθεί από προηγούμενες αντιδράσεις χρησιμοποιείται για βιοσύνθεση οργανικών ενώσεων και δεν εξαρτάται άμεσα από τη παρουσία φωτισμού.
Η χημική ενέργεια των προϊόντων που παράγεται κατά τις φωτεινές αντιδράσεις χρησιμοποιείται για να αφομοιωθεί το CO2 και για τη σύνθεση υδατανθράκων. Έως σήμερα είναι γνωστές τρεις παραλλαγές του μεταβολισμού του άνθρακα:
- Η C3 φωτοσύνθεση της οποίας η ονομασία υποδηλώνει ότι το πρώτο προϊόν της δέσμευσης του CO2 είναι μία ένωση με τρία άτομα άνθρακα (3-φωσφογλυκερικό οξύ).
- Η C4 φωτοσύνθεση της οποίας η ονομασία υποδηλώνει ότι το πρώτο προϊόν της δέσμευσης του CO2 είναι μία ένωση με τέσσερα άτομα άνθρακα (οξαλοξικό οξύ).
- Ο μεταβολισμός των οξέων τύπου Crassulaceae (CAM) η ονομασία του οφείλεται στο γεγονός ότι παρατηρήθηκε σε παχύφυτα, μέλη της οικογένειας Crassulaceae.
Τα φυτά C3 και C4 είναι δύο κατηγορίες φυτών που χρησιμοποιούν κύκλους C3 και C4 κατά τη φωτοσύνθεση αντίστοιχα. Το μεγαλύτερο ποσοστό των φυτών στη γη είναι φυτά C3. Το ζαχαροκάλαμο, το σόργο, ο αραβόσιτος και αρκετά ζιζάνια είναι φυτά C4. Τα φυτά C4 είναι ικανά να φωτοσυνθέτουν ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα καθώς και σε ζεστές και ξηρές συνθήκες. Επομένως, η αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης στα φυτά C4 είναι υψηλότερη από την αποτελεσματικότητά της στα φυτά C3.
Ποιες φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες βοηθούν στη φωτοσύνθεση;
Οι χρωστικές συμμετέχουν είτε άμεσα (απορροφούν φωτόνια – φως) είτε έμμεσα (προστατεύουν τη φωτοσυνθετική συσκευή). Διακρίνονται σε δύο ομάδες, τις χλωροφύλλες και τα καροτενοειδή. Οι χλωροφύλλες διαθέτουν πράσινο χρώμα το οποίο χαρακτηρίζει τους χλωροπλάστες ενώ τα καροτενοειδή παρουσιάζουν κίτρινο-πορτοκαλί χρωματισμό.
Σε ορισμένες περιπτώσεις το χρώμα των φύλλων υποδηλώνει τη φυσιολογική τους κατάσταση. Όλα τα φύλλα των φυτών περιέχουν χλωροφύλλη στην οποία οφείλεται το πράσινο χρώμα των φύλλων, ενώ τα φύλλα κιτρινίζουν όταν γίνεται αποδόμηση των μορίων της.
Όλα τα στάδια της φωτοσύνθεσης διεξάγονται στους χλωροπλάστες.
