valosyntesissä

Valosynteesi on biologinen prosessi, jossa fotosynteettiset organismeja muuttavat valon energiaa kemialliseksi energiaksi ja vapauttavat samalla happea. Sitä esiintyy pääasiassa kasveissa, levissä ja joissakin bakteereissa, kuten syanobakteereissa. Prosessi muuntaa hiilidioksidin ja veden hiilihydraateiksi ja tuottaa energiaa elämän perusprosesseille sekä ylläpitää ilmakehän hapen määrää.

Valoreaktiot eli valon riippuvat reaktiot sekä Calvinin kierto eli valon itsenäinen vaihe muodostavat valosynteesin kaksi päävaihetta. Valoreaktiot tapahtuvat kloroplastien tilakoidikalvoilla. Kun pigmentit, kuten klorofylli, absorboivat valoa, vesi hajoaa hapeksi fotolyysissä ja vapautuu happea. Elektronien siirtoketju ja protonien gradientti synnyttävät ATP:n ja NADPH:n, joita tarvitaan Calvinin kiertoon.

Calvinin kierto tapahtuu kloroplastin stromaosassa. CO2 sidotaan RuBisCO-entsyymillä ribuloosi-1,5-bisfosfaattiin (RuBP), jolloin syntyy glyseraldehydi-3-fosfaatti (3-PGA). ATP:n ja NADPH:n avulla 3-PGA pelkistyy glyseraldehydi-3-fosfaatiksi (G3P). Suurin osa G3P:stä kierrätetään takaisin RuBP:n regenerointiin, mutta osa käytetään glukoosin ja muiden hiilihdraattien synteesiin.

Kasveilla on erilaisia fotosynteesin muotoja: C3-, C4- ja CAM-kasvit. C3-kasvit käyttävät Calvinin kiertoa suoraan. C4-kasvit konsentroivat CO2:n mesofyllisoluissa ja siirtävät sen bundle sheath -soluihin, mikä vähentää fotorespiraatiota. CAM-kasvit avaavat stomatat yöllä ja vapauttavat CO2:n päivällä Calvinin kierrossa.

Pigmentit ja tehokkuus: Klorofylli a on pääpigmentti, johon liittyvät klorofylli b ja karotenoidit laajentavat absorptiospektriä sekä suojaavat valon aiheuttamalta stressiltä. Tehokkuutta rajoittavat ympäristötekijät kuten valon määrä, lämpötila ja vesi sekä fotoinhibioituminen tai NPQ-mechanismit.

Valosynteesi on elintärkeä ekosysteemien energiantuotannolle: se tuottaa happea ja hiilihydraatteja sekä muodostaa ravintoketjujen perustan. Tutkimus kehittää keinotekoisia fotosynteesijärjestelmiä sekä kestävää kasvinjalostusta ja energiatuotantoa.