1. Bevezetés

A fotoszintézis során növények, algák és egyes baktériumok a Napból származó fényenergia felhasználásával szerves vegyületeket állítanak elő. Ez a folyamat túlzás nélkül földünk legalapvetőbb folyamata, hiszen a fotoszintézisből származnak a magasabbrendű életformák számára elengedhetetlen szénhidrátok, az emberiség által felhasznált összes élelmiszer valamint az építő- és nyersanyagok tekintélyes része. A molekuláris oxigén kibocsátásával és széndioxid megkötésével a fotoszintézis alapvető szerepet játszott a Föld jelenlegi légkörének kialakításában és egyensúlyának fenntartásában. Az ipari forradalom idején megindult és napjainkig egyre gyorsuló technikai fejlődés alapjául szolgáló fosszilis energia hordozók (szén, kőolaj és földgáz) is az évmilliókkal korábban végbement fotoszintézis termékei. Végső soron a fotoszintézis erdménye a légköri oxigénből a sztratoszférában keletkező ózonpajzs is, amely a napfényből kiszűri a minden életformát elpusztító nagyenergiájú (? < 280 nm) ultraibolya sugarakat.

Alapfogalmak történeti áttekintésben

Növények, fény, víz és oxigén
Az 1770-es években John Priestly, egy angol vegyész felfedezte, hogy a növények olyan anyagot bocsátanak ki a levegőbe, ami lehetővé teszi az égést, illetve szükséges a magasabbrendü szervezetek számára. Noha akkor még a molekuláris oxigén nem volt ismert, Priestly kísérletei azt mutatták, hogy a növények oxigént termelnek. A következő jelentős lépés Jan Ingenhousz, egy holland orvos nevéhez füződik, aki megmutatta, hogy oxigén kibocsátás csak fény jelenlétében és csak a növények zöld részeiből történik. Jan Senebier svájci botanikus fedezte fel, hogy a fotoszintetikus növekedéshez széndioxid szükséges, a víz szerepét pedig Nicolas-Théodore Saussure svájci kémikus mutatta meg. 1845-ben Julius Robert von Mayer német fizikus vezette be azt az elképzelést, hogy a fotoszintetizáló szervezetek a fényenergiát kémiai energiává alakítják. Ezen időpontra a fotoszintézis alapelemei, nevezetesen, hogy zöld növények a fényenergia, víz és széndioxid felhasználásával szénhidrátokat állítanak elő, ismertté váltak.
A növényi fotoszintézis alapreakcióját leíró egyenlet:
CO2 +H2O + Fényenergia --> (CH2O)+O2+H2O,
ahol (CH2O) jelenti a szénhidrát (pl. glukóz) képződést. A folyamat 1 mol CO2 redukciója során 478 kJ mol szabadenergia tárolódik a glukóz kémiai kötéseiben.

A fejezet letöltése PDF formátumban