La fotosintesi è il processo attraverso il quale piante, alghe e alcuni batteri e protisti producono cibo dalla luce solare e dal diossido di carbonio. Un terzo ingrediente chiave in questo processo è l'acqua. Gli elettroni vengono rimossi dalla molecola d'acqua rompendo la molecola d'acqua. I protoni (gli atomi di idrogeno senza gli elettroni) vengono aggiunti a un gradiente di protoni che viene poi utilizzato per generare la molecola di energia ATP. L'atomo di ossigeno da una molecola d'acqua è combinato con un altro atomo di ossigeno da un'altra molecola d'acqua e rilasciato come ossigeno biatomico (O2).

Fotosintesi

Il processo di fotosintesi può essere diviso in due fasi. Il primo stadio della fotosintesi, spesso chiamato le reazioni alla luce poiché dipendono dalla luce, genera energia per la fase successiva della fotosintesi. Il secondo stadio della fotosintesi viene spesso definito come le reazioni oscure e utilizza l'energia raccolta nelle reazioni di luce per fissare il biossido di carbonio nelle molecole di zucchero.

Cloroplasti

La fotosintesi nelle piante avviene in strutture specializzate chiamato cloroplasti. All'interno dei cloroplasti si trovano le membrane impilate chiamate membrane thylakoid. Le membrane thylakoid racchiudono piccoli spazi che consentono di concentrare i protoni su un lato della membrana. Questi protoni sono impacchettati nello spazio attraverso la decomposizione di molecole d'acqua, e da enzimi che usano gli elettroni rilasciati dalla fotosistema per aggiungere al gradiente del protone. Questo gradiente protonico può quindi essere utilizzato per generare energia chimica.

Photosystems

I Photosystem incorporati nei pigmenti di una casa di membrane che catturano energia ed energizzano elettroni. Quando gli elettroni sono energizzati, vengono passati a molecole di membrana che creano il gradiente protonico. I protoni poi fluiscono attraverso la membrana attraverso un enzima chiamato ATP sintasi che genera ATP, una molecola di energia.

Clorofilla

Il cuore del fotosistema è la clorofilla del pigmento. Mentre altri pigmenti come i carotenoidi e le xantofille sono presenti nel fotosistema, è la clorofilla a fornire l'elettrone che viene energizzato con l'energia della luce. Quando la clorofilla rilascia l'elettrone per produrre il gradiente protonico, l'elettrone viene sostituito dal centro ionico della clorofilla. Il centro ionico della clorofilla si lega all'acqua e rimuove gli elettroni dalla molecola d'acqua.

Processo alla clorofilla-luce

Mentre la luce raggiunge la clorofilla, un elettrone viene rilasciato e sostituito. Quattro elettroni sono energizzati e rilasciati per formare una molecola di ossigeno da due molecole d'acqua. I restanti ioni di idrogeno (protoni) vengono rilasciati nel gradiente del protone dell'edificio mentre gli atomi di ossigeno delle due molecole si combinano per formare l'ossigeno biatomico e rilasciati dal fotosistema. È importante notare che è questo primo passo nella fotosintesi in cui l'acqua viene consumata e l'ossigeno viene rilasciato e questo processo richiede la presenza di luce.