Fotosyntéza
Jak získáš energii z glukosy, už višs a nyní je načase si vysvětlit, kde se v té glukose tolik energie vlastně vzalo. Fotosyntéza je proces, který se často shrnuje rovnicí:
6\mathrm{CO}_2+12\mathrm{H}_2\mathrm{O}\longrightarrow{}\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_6+6\mathrm{O}_2+6\mathrm{H}_2\mathrm{O}
Rovnice je to hezká, ale zdaleka nestačí na popsání takto důležitého procesu. Celá fotosyntéza se odehrává v chloroplastu, organele, která podobně jako mitochondrie byla původně samostatným organismem. Něco tento organismus sežralo a namísto natrávení si z něj udělalo novou organelu. Výhody to totiž mělo pro obě strany. Existuje také teorie, že chloroplast i mitochondrie byly původně nitrobuněční parazité.
Chloroplast má komplikovanou vnitřní strukturu složenou z různých membránových cisterniček (thylakoidů). V membránách těchto váčků jsou umístěny proteinové komplexy, kterým se říká fotosystémy - fotosystém I a fotosystém II.
Primární fáze fotosyntézy
Nejprve probíhá primární - někdy označovaná jako světelná - fáze fotosyntézy.
Fotosystém I pohlcuje energii slunečního záření, kterou prostřednictvím dvou energeticky bohatých elektronů ukládá do redukované podoby koenzymu NADPH. Tato látka je analogem \mathrm{NAD}^{+} / \mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+}, kterou už znáš z buněčného dýchání, a jmenuje se nikotinamidadenindinukleotidfosfát.
Fotosystém I:
\mathrm{NADP}^{+}+2 \mathrm{e}^{-}+\mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{NADPH}
Po odevzdání elektronů je pro fotosystém I nutné si je opět doplnit. K tomu tomuto účelu jsou v membráně podobně jako u dýchacího řetězce - zabudovány různé přenašeče. Tyto přenašeče získávají elektrony od fotosystému II.
Fotosystém II je rovněž excitován slunečním zářením, proto jsou přenášené elektrony dostatečně energeticky bohaté, aby jejich energie mohla být cestou k fotosystému I částečně použita k přečerpání \mathrm{H}^{+}dovnitř do thylakoidu.
Membránové přenašeče:
Energie elektronů je během přenosu z fotosystému II na fotosystém I částečně využita na přečerpání \mathbf{H}^{+}do dutiny thylakoidu.
Tím se ale nedostatek elektronů pouze přemístil z fotosystému I na fotosystém II. Fotosystém II ochuzený o elektrony je ale neuvěřitelně silné oxidační činidlo, a proto si s tím poradí slavným rozkladem - tzv. fotolýzou vody, kde jako odpadní produkt vzniká i molekula kyslíku.
Fotosystém II:
Poskytuje vysokoenergetické elektrony a provádí fotolýzu vody: 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{O}_{2}+4 \mathrm{H}^{+}+4 \mathrm{e}^{-}. Tato reakce je jediným zdrojem atmosférického kyslíku.
Nadbytku \mathrm{H}^{+}iontů v thylakoidu využije ATP-synthasa, která stejným mechanismem jako u buněčného dýchání vytvoří ATP. Produkty primární fáze jsou ATP a NADPH.
Sekundární fáze fotosyntézy
Následuje sekundární fáze fotosyntézy, někdy nazývaná temnostní (a to přitom probíhá i na světle), ve které jsou produkty z primární fáze použity pro fixaci vzdušného \mathrm{CO}_{2}. Enzym, který umí zafixovat vzdušný \mathrm{CO}_{2} do organické molekuly, se nazývá RuBisCo, což je zkratka jeho neméně působivého systematického názvu ribulosa-1,5-bisfosfátkarboxylasa/oxygenasa. Tento enzym je nejrozšířenějším proteinem biosféry a stojí na začátku Calvinova cyklu.
V rámci Calvinova cyklu je uhlík \mathrm{z} \mathrm{CO}_{2} zabudován do organické sloučeniny a následně probíhá sled dalších reakcí za spotřeby ATP a NADPH, ve kterých se jednak tvoři sacharidy a také se cyklus připravuje na fixaci další molekuly \mathrm{CO}_{2}.
Během sekundární fáze fotosyntézy se za spotřeby ATP a NADPH fixuje uhlík z \mathbf{CO}_2 do molekul sacharidů.