Làm thế nào thực vật, tảo và vi khuẩn lam biến ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide thành nhiên liệu cho sự sống?
Quang hợp
Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành đường đồng thời giải phóng oxy. Nó cung cấp năng lượng cho thực vật, tảo, nhiều vi khuẩn, lưới thức ăn, oxy trong khí quyển và một phần chu trình carbon của Trái đất, khiến nó trở thành một trong những quá trình sinh học quan trọng nhất trên hành tinh.
quang hợp là gì
Quang hợp là một quá trình sinh học thu năng lượng ánh sáng và lưu trữ nó trong các liên kết hóa học. Ở thực vật và tảo, nó sử dụng ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước để tạo ra đường có thể thúc đẩy sự tăng trưởng, sửa chữa, lưu trữ và sinh sản. Oxy được giải phóng dưới dạng sản phẩm phụ. Quá trình này không chỉ là ?thực vật tạo ra thức ăn?; nó là mối liên kết chính giữa ánh sáng mặt trời, tế bào sống, khí quyển và chu trình carbon.
Nó xảy ra ở đâu
Ở thực vật và tảo, quá trình quang hợp diễn ra chủ yếu bên trong lục lạp, cấu trúc tế bào chuyên biệt có chứa diệp lục và các sắc tố khác. Chất diệp lục hấp thụ ánh sáng, đặc biệt là các bước sóng màu đỏ và xanh lam, đồng thời phản chiếu nhiều ánh sáng xanh lục, đó là lý do tại sao nhiều lá trông có màu xanh lục. Ở vi khuẩn lam, quá trình quang hợp xảy ra qua màng bên trong chứ không phải bên trong lục lạp, nhưng ý tưởng cốt lõi là tương tự: sắc tố bắt ánh sáng và di chuyển các electron thông qua các phản ứng có tổ chức.
Các phản ứng nhẹ
Giai đoạn đầu tiên thường được gọi là phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng. Năng lượng ánh sáng kích thích các electron trong phân tử sắc tố và các electron này di chuyển qua các phức hợp protein trong màng thylakoid. Các phân tử nước được tách ra để thay thế các electron bị mất, giải phóng oxy. Dòng năng lượng giúp tạo ra ATP và NADPH, hai phân tử mang năng lượng cung cấp năng lượng cho giai đoạn quang hợp tiếp theo.
Chu trình Calvin
Giai đoạn chính thứ hai là chu trình Calvin, đôi khi được gọi là quá trình cố định cacbon. Nó không cần ánh sáng trực tiếp mà phụ thuộc vào ATP và NADPH được tạo ra bởi các phản ứng trong ánh sáng. Enzim Rubisco giúp gắn carbon dioxide vào một phân tử hiện có và một loạt phản ứng sắp xếp lại carbon thành các phân tử tạo đường. Chu trình cũng phải tái tạo phân tử ban đầu để quá trình có thể tiếp tục.
Tại sao oxy được giải phóng
Oxy giải phóng trong quá trình quang hợp đến từ nước, không trực tiếp từ carbon dioxide. Khi nước bị tách ra trong các phản ứng ánh sáng, các electron và ion hydro được sử dụng trong bộ máy quang hợp, trong khi các nguyên tử oxy kết hợp và thoát ra dưới dạng khí oxy. Theo thời gian sâu, quá trình quang hợp tạo ra oxy đã thay đổi bầu khí quyển của Trái đất và tạo ra sự sống thở oxy phức tạp.
Quang hợp và cacbon
Quang hợp loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí hoặc nước và sử dụng nó để tạo ra các phân tử hữu cơ. Một phần carbon đó trở thành lá, gỗ, rễ, sinh vật phù du, vật liệu đất hoặc thức ăn cho các sinh vật khác. Một số quay trở lại khí quyển nhanh chóng thông qua quá trình hô hấp và phân rã. Một số có thể tồn tại lâu hơn trong rừng, đất, trầm tích hoặc hệ thống đại dương, đó là lý do tại sao quang hợp là trọng tâm của các cuộc thảo luận về khí hậu và hệ sinh thái.
Thích ứng và giới hạn
Quang hợp rất mạnh mẽ nhưng không phải là không giới hạn. Quá ít ánh sáng, nước, chất dinh dưỡng hoặc carbon dioxide có thể làm chậm sự tăng trưởng. Quá nhiều nhiệt có thể làm hỏng enzyme hoặc tăng mất nước. Một số thực vật sử dụng quang hợp C4 hoặc CAM để giảm mất nước hoặc cải thiện khả năng thu giữ carbon trong môi trường nóng, khô hoặc sáng. Những sự thích nghi này cho thấy quá trình quang hợp được hình thành bởi sự cân bằng giữa năng lượng, nước, nhiệt độ và sự sống sót.
Tại sao nó quan trọng
Quang hợp quan trọng vì nó nằm gần đáy của hầu hết các lưới thức ăn. Nó nuôi sống cây trồng, rừng, đồng cỏ, sinh vật phù du, vật nuôi và con người. Nó cung cấp phần lớn oxy được sử dụng bởi động vật và vi khuẩn. Nó định hình chu trình carbon, ảnh hưởng đến khí hậu, hỗ trợ đa dạng sinh học và truyền cảm hứng cho các công nghệ như nhiên liệu mặt trời và quang hợp nhân tạo. Nếu không có quá trình quang hợp, bề mặt Trái đất sẽ trở thành một nơi rất khác.