Hvordan produceres iltgas under fotosyntesen?

Fotosyntese er den proces, hvor planter og nogle bakterier og protister syntetiserer sukkermolekyler fra kuldioxid, vand og sollys. Fotosyntesen kan opdeles i to trin - den lysafhængige reaktion og de lysuafhængige (eller mørke) reaktioner. Under lysreaktionerne strippes et elektron fra et vandmolekyle, der frigiver ilt- og brintatomer. Det frie iltatom kombineres med et andet frit iltatom for at producere iltgas, som derefter frigives.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Oxygenatomer dannes i lyset proces med fotosyntesen og to iltatomer kombineres derefter til dannelse af iltgas.
Lysreaktioner

Det primære formål med lysreaktionerne i fotosyntesen er at generere energi til brug i de mørke reaktioner. Energien høstes fra sollys, der overføres til elektroner. Når elektronerne passerer gennem en række molekyler, dannes en protongradient membraner. Protonerne strømmer tilbage over membranen gennem et enzym kaldet ATP-syntase, som genererer ATP, et energimolekyle, der bruges i de mørke reaktioner, hvor kuldioxid bruges til at fremstille sukker. Denne proces kaldes fotofosforylering.
Cyklisk og ikke-cyklisk fotofosforylering

Cyklisk og ikke-cyklisk fotofosforylering refererer til kilden og destinationen for det elektron, der bruges til at generere protongradienten og igen ATP. Ved cyklisk fotofosforering genvindes elektronet tilbage til et fotosystem, hvor det genaktiveres og gentager sin rejse gennem lysreaktionerne. Ved ikke-cyklisk fotofosforylering er elektronets sidste trin imidlertid i oprettelsen af et NADPH-molekyle, der også bruges i de mørke reaktioner. Dette kræver input af en ny elektron for at gentage lysreaktionerne. Behovet for dette elektron resulterer i dannelse af ilt fra vandmolekyler.
Chloroplaster

I fotosyntetiske eukaryoter, såsom alger og planter, forekommer fotosyntesen i en specialiseret celleorganel kaldet en chloroplast. I chloroplasterne findes thylakoidmembraner, der giver et internt og eksternt miljø til fotosyntesen. Thylakoidmembranerne er til stede i alle fotosyntetiske organismer, inklusive bakterier, men kun eukaryoter huser disse membraner i chloroplaster. Fotosyntesen begynder i fotosystemer placeret i thylakoidmembranerne. Efterhånden som lysreaktionerne fra fotosyntesen skrider frem, pakkes protoner inden i membranrummet, hvilket skaber en protongradient over membranen.
Fotosystemer

Fotosystemer er komplekse strukturer, der involverer pigmenter placeret i thylakoidmembranen, der giver energi til elektroner ved hjælp af lys energi. Hvert pigment er tilpasset en bestemt del af spektret af lys. Det centrale pigment er klorofyl? hvilket tjener en yderligere rolle ved at samle det elektron, der bruges i efterfølgende lysreaktioner. I midten af klorofyl? er ioner, der binder til vandmolekyler. Idet klorofyll giver energi til et elektron og sender elektronet uden for fotosystemet til ventende receptormolekyler, udskiftes elektronet fra vandmolekylerne.
Oxygen dannelse

Når elektroner strippes fra vandmolekyler, brydes vandet ind i komponentatomer. Oxygenatomer fra to vandmolekyler kombineres og danner diatomisk ilt (O _{2). Brintatomerne, som er enkle protoner, der mangler deres elektroner, hjælper med at skabe protongradienten i det rum, der er lukket af thylakoidmembranen. Det diatomiske ilt frigives, og chlorophyllcentret binder til nye vandmolekyler for at gentage processen. På grund af de involverede reaktioner skal fire elektroner aktiveres af klorofylen for at generere et enkelt iltmolekyle.}