WAdenozyno-5′-trifosforan, ATP, daw. adenozynotrójfosforan – organiczny związek chemiczny, nukleotyd adeninowy zbudowany z adenozyny z przyłączoną wiązaniem estrowym w pozycji 5′-OH grupą trifosforanową. Odgrywa on ważną rolę w biologii komórki jako wielofunkcyjny koenzym i molekularna jednostka w wewnątrzkomórkowym transporcie energii. Stanowi nośnik energii chemicznej, używanej w metabolizmie komórki. Powstaje jako magazyn energii w procesach fotosyntezy i oddychania komórkowego. Zużywają go liczne enzymy, a zgromadzona w nim energia służy do przeprowadzania różnorodnych procesów, jak biosyntezy, ruchu i podziału komórki. Tworzy się z adenozyno-5′-difosforanu, a przekazując swą energię dalej, powraca do formy ADP lub adenozyno-5′-monofosforanu (AMP). Cykl ten zachodzi bezustannie w organizmach żywych. Człowiek dorosły w ciągu doby syntetyzuje i zużywa około 85 kg adenozynotrifosforanu (ATP).
WAldehyd 3-fosfoglicerynowy – organiczny związek chemiczny z grupy estrów kwasu fosforowego, ufosforylowana postać aldehydu glicerynowego.
W1,3-Bisfosfoglicerynian – organiczny związek chemiczny biorący udział w glikolizie i cyklu Calvina. Pełni funkcję związku przenoszącego energię, co związane jest z występowaniem wiązań wysokoenergetycznych, czyli wiązań labilnych, łatwo ulegających rozerwaniu.
WChloroplast – otoczone podwójną błoną białkowo-lipidową organellum komórkowe występujące u roślin i glonów eukariotycznych. Są rodzajem plastydów. Zawierają zielone barwniki chlorofile pochłaniające energię światła słonecznego potrzebną do fotosyntezy. W nich zachodzi przemiana dwutlenku węgla oraz wody z wykorzystaniem energii świetlnej w glukozę oraz tlen.
WCykl Calvina-Bensona-Basshama (CBB), Cykl Calvina-Bensona, cykl Calvina, redukcyjny cykl węgla, cykl C-3 cykl PCR, redukcyjny szlak pentozofosforanowy – cykl biochemiczny który zachodzi w stromie chloroplastów oraz cytoplazmie niektórych bakterii, jest to drugi etap fotosyntezy określany jako faza bezpośrednio niezależna od światła lub faza ciemna fotosyntezy. W cyklu Calvina zostają zużyte produkty reakcji świetlnych fotosyntezy, ATP i NADPH, określane jako siła asymilacyjna, jednocześnie z dwutlenku węgla zostają wytworzone cukry proste w postaci heksoz. Sumaryczne równanie reakcji zachodzących w cyklu Calvina jest następujące:
WCykl hydroksypropionowy, droga hydroksypropionowa, cykl 3-hydroksypropionowy – jest to droga autotroficznego wiązania CO2 przez termofilne, fototroficzne bakterie typu Chloroflexus. Wariant tego szlaku metabolicznego występuje także u autotroficznych przedstawicieli Sulfolobales (Crenarchaeota).
WCykl ksantofilowy – zachodzi w błonach tylakoidów i jest jednym z mechanizmów chroniącym rośliny przed fotoinhibicją. Podczas oświetlania roślin silnym światłem barwniki fotosyntetyczne absorbują więcej energii świetlnej niż jest konieczne do przeprowadzania fotosyntezy. W przypadku gdy energia wzbudzenia chlorofilu nie może być przekazana do centrum reakcji chlorofil ze stanu singletowego przechodzi do stanu trypletowego, co prowadzi do wytwarzania reaktywnych form tlenu – tlenu singletowego. W silnym świetle jeden z barwników wchodzących w skład kompleksów antenowych – wiolaksantyna przekształcany jest w zeaksantynę. Reakcja ta katalizowana jest przez deepoksydazę wiolaksantyny, a produktem pośrednim reakcji jest anteraksantyna. Reakcja ta rozpoczyna się, gdy na skutek działania fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów do wnętrza tylakoidu (lumen) zostanie przeniesiona znaczna ilość jonów wodorowych – następuje zakwaszenie wnętrza tylakoidu. Powstała zeaksantyna posiada zdolność do przejmowania energii z wzbudzonego chlorofilu w stanie trypletowym i rozpraszania jej w postaci ciepła. Chroni to fotoukłady przed uszkodzeniem podczas nadmiernego oświetlania.
WCykl Q – seria reakcji biochemicznych, których przebieg jako pierwszy opisał Peter D. Mitchell w 1977 roku. Kolejne reakcje utleniania i redukcji przenośnika elektronów znajdującego się w błonach białkowo-lipidowych, ubichinonu, prowadzą do przenoszenia protonów przez dwuwarstwę lipidową. Zmodyfikowana wersja schematu zaproponowanego przez Mitchella tłumaczy w jaki sposób kompleks III obecny w błonie mitochondrialnej przenosi protony z macierzy mitochondrialnej (matrix) do przestrzeni międzybłonowej (perymitochondrialnej).
WDinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NADH – forma zredukowana, NAD+ – forma utleniona) – organiczny związek chemiczny, nukleotyd pełniący istotną rolę w procesach oddychania komórkowego. Różne pochodne tego związku są akceptorami elektronów i protonów w procesach utleniania komórkowego. Pełnią też rolę koenzymów oksydoreduktaz.
WEfekt Emersona – gwałtowny wzrost efektywności fotosyntezy na skutek naświetlania komórek zdolnych do prowadzenia tego procesu jednocześnie dwoma źródłami światła monochromatycznego o długości fali 700 i 671 nanometra, w stosunku do efektywności tego procesu, gdy prowadzi się naświetlanie tylko jednym z tych źródeł. Z badań Emersona wysnuto wniosek, że dla efektywnego zachodzenia fotosyntezy konieczne jest współdziałanie dwóch układów barwników. Te układy barwników okazały się fotoukładami biorącymi udział w fotosyntetycznym transporcie elektronów.
WFikobilisomy – struktury białkowe uczestniczące w procesie fotosyntezy, pełniące funkcje anten absorbujących światło w zakresie 470-650 nm. Występują u sinic, krasnorostów i glaukocystofitów. Fikobilisomy połączone są z błoną tylakoidów i kierują energię wzbudzenia do centrów reakcji fotoukładu II.
WFosforylacja fotosyntetyczna, fotofosforylacja – proces zachodzący w fazie jasnej fotosyntezy w chloroplastach. Polega na wytworzeniu ATP z ADP i fosforanu nieorganicznego przy użyciu energii światła.
WFotoliza wody – rozpad wody pod wpływem światła (fotodysocjacja) na elektrony, jony wodorowe (protony) i cząsteczki tlenu. Proces zachodzi w fazie jasnej fotosyntezy za sprawą kompleksu rozkładającego wodę (będącego częścią fotoukładu II):H2O → 2H+ + ½O2 + 2e−
WFotooddychanie, fotorespiracja – proces biochemiczny zachodzący na świetle w komórkach roślinnych, objawiający się pobieraniem tlenu i wydzielaniem dwutlenku węgla na drodze innej niż oddychanie komórkowe.
WFotosynteza – proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej, zachodzący w komórkach zawierających chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.
WFotosynteza C4, cykl Hatcha-Slacka, cykl Kortschacka-Hatcha-Slacka – rodzaj fotosyntezy, w której dodatkowy mechanizm wiązania dwutlenku węgla poprzedza cykl Calvina-Bensona. Rośliny posiadające zdolność wiązania CO2 do fosfoenolopirogronianu określane są nazwą rośliny typu C4. Pierwszym trwałym produktem wiązania jest związek o czterech atomach węgla – szczawiooctan. Rośliny te wykształciły mechanizmy anatomiczne i fizjologiczne pozwalające na zwiększenie stężenia CO2 w komórkach, w których zachodzi cykl Calvina-Bensona. W efekcie nie obserwuje się zachodzenia u tych roślin fotooddychania, związanego z reakcją oksygenacji RuBP katalizowaną przez RuBisCo. Reakcje fotooddychania są przyczyną strat energii u roślin C3. Rośliny C4, pomimo konieczności zużycia dodatkowej energii w postaci ATP, cechują się większą wydajnością fotosyntezy i szybszą produkcją biomasy. Większość roślin typu C4 występuje w klimacie gorącym, gdzie energia słoneczna nie jest czynnikiem limitującym, a mechanizm koncentracji CO2 umożliwia sprawną asymilację przy przymkniętych aparatach szparkowych i szybki wzrost przy niewielkim zapotrzebowaniu na wodę.
WFotosynteza CAM – szczególny typ fotosyntezy zachodzącej u organizmów określanych jako rośliny CAM. Do grupy tej należą rośliny, które ze względu na klimat muszą prowadzić szczególnie oszczędną gospodarkę wodną, m.in. gruboszowate.
WFotoukład, Fotosystem – kompleks barwnikowo-lipidowo-białkowy absorbujący kwanty światła. Fotoukład tworzą centrum reakcji fotoukładu oraz towarzyszące mu układy antenowe absorbujące kwanty światła (fotony) i przekazujące energię do centrum reakcji. W centrum reakcji z dimera chlorofilu a wybijany jest elektron i przekazywany na kolejne przenośniki elektronów.
WFotoukład II – pierwszy kompleks białek w reakcji fotochemicznej fotosyntezy tlenowej. Zlokalizowany jest w tylakoidach roślin, glonów i sinic. W czasie fotosyntezy, enzymy zbierają fotony światła by wzbudzić elektrony, które są następnie przesyłane przez rozmaite koenzymy i kofaktory by zredukować plastochinon do plastochinolu. Wzbudzone elektrony w efekcie rozkładu wody wymieniane są na jony wodorowe i tlen cząsteczkowy.
WHistoria badań nad fotosyntezą – część historii biologii wyróżniona na podstawie badanego procesu jakim jest fotosynteza.1648 – Van Helmont stwierdził, że gaz z węgla (dwutlenek węgla) jako „innego rodzaju powietrze” jest tożsamy z gazem z młodego wina. Stwierdził, że masa wierzby pochodzi bardziej z wody niż z ziemi. Jego eksperymenty powstały z dążenia do poznania związku życia, słońca, powietrza, wody i ziemi. 1727 – Stephen Hales wykazał, że część masy roślin pochodzi z powietrza. 1771 – Joseph Priestley w prostym eksperymencie udowodnił wydzielenie tlenu przez rośliny. Joseph Priestley umieścił gałązkę mięty w naczyniu z wodą pod szklanym kloszem. Powietrze pod kloszem nie powodowało gaśnięcia świecy. 1778 – Jan van Ingenhousz wykazał, że wydzielanie tlenu przez rośliny zależy od oświetlania. 1796 – Jean Senebier wykazał, że oświetlane rośliny pochłaniają dwutlenek węgla a wydzielają tlen. 1804 – Nicolas-Théodore de Saussure powtórzył doświadczenie Jeana Senebiera. 1842 – Julius Robert von Mayer wykazał, że rośliny wykorzystują energię światła do syntezy związków organicznych. 1883 – Theodor Wilhelm Engelmann zademonstrował, że efektywność fotosyntezy zależy od długości fali świetlnej, jaka pada na organizm. 1893 – Charles Reid Barnes zaproponował nazwę fotosynteza dla procesu syntezy związków organicznych w obecności chlorofilu i światła. Wcześniej proces redukcji dwutlenku węgla w obecności światła nazywany był asymilacją. 1931 – Cornelis Bernardus van Niel na podstawie badań fotosyntezy u bakterii siarkowych wysunął hipotezę, że tak jak siarka u bakterii siarkowych pochodzi z siarkowodoru, tak tlen u roślin pochodzi z wody. 1937 – Robert Hill wykazał, że izolowane chloroplasty w środowisku wodnym wydzielają tlen bez obecności dwutlenku węgla, potwierdzając doświadczalnie hipotezę van Niela. 1941 – Samuel Ruben i Martin David Kamen ostatecznie udowodnili pochodzenie tlenu wydzielanego w fotosyntezie z wody. W doświadczeniu zastosowali wodę znakowaną izotopem tlenu 18O. Pomiary spektrometrem masowym potwierdziły w wydzielanym podczas fotosyntezy tlenie obecność izotopu 18O. 1954 – Daniel Arnon wykazał, że izolowane chloroplasty są zdolne do wytwarzania ATP. 1957 – Robert Emerson przeprowadził doświadczenie polegające na pomiarze natężenia fotosyntezy w świetle bliskiej (671 nm) i dalekiej czerwieni (700 nm). Przy jednoczesnym oświetlaniu oboma długościami fal natężenie fotosyntezy było wyższe niż suma natężeń fotosyntezy przy długości 671 i 700 nm. Stało się to podstawą do stwierdzenia, że fotosyntezie biorą udział dwa współdziałające układy barwników. Obecność takich układów potwierdziło wykrycie fotoukładu I (PS I, P-700) o maksimum absorpcji przy 700 nm i fotoukładu II (PS II, P-680) o maksimum absorpcji przy 680 nm. Opisane przez Emersona zjawisko znane jest jako efekt Emersona. 1946–1953 – Melvin Calvin, Andrew Benson i James Bassham badając jednokomórkowe glony – Chlorella i Scenedesmus ustalili związki powstające w fazie ciemnej fotosyntezy i kolejność ich powstawania. Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w roku 1961 za odkrycie tzw. cyklu Calvina. 1961 – Peter Dennis Mitchell wyjaśnił mechanizm syntezy ATP dzięki gradientowi elektrochemicznemu w mitochondriach i chloroplastach. Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w roku 1978 za stworzenie chemiosmotycznej teorii Mitchella. 1966 – Marshall Davidson Hatch i Charles Roger Slack w Australii i Hugo P. Kortschak na Hawajach opisują rośliny, u których tylko 20% znakowanego węgla znajduje się w związkach trójwęglowych, 80% znakowanego izotopu węgla znajduje się w związkach czterowęglowych. Odkrycie prowadziło do opisania szczególnego typu fotosyntezy C4. 1988 – Hartmut Michel otrzymał, wraz z Robertem Huberem i Johannem Deisenhoferem, nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za wyznaczenie trójwymiarowej struktury centrum reakcji fotosyntezy u bakterii. 1992 – Rudolph Arthur Marcus otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za opis mechanizmów łańcucha transportu elektronów. 1986 – w Japonii zsekwencjonowano pełny genom chloroplastowy tytoniu, a w 1996 pełny genom sinicy.
WKarboksysomy – organelle występujące u niektórych bakterii wiążących dwutlenek węgla (CO2), przeprowadzających fotosyntezę lub chemosyntezę. Wewnątrz struktur znajdują się enzymy odpowiedzialne za asymilację węgla. Do struktur tych aktywnie transportowane są jony wodorowęglanowe (HCO3−), które następnie ulegają przekształceniu do CO2 przez obecną w karboksysomach anhydrazę węglanową, w efekcie dochodzi do lokalnego wzrostu stężenia CO2 i zwiększenia wydajności reakcji karboksylacji przeprowadzanej przez enzym Rubisco. Reakcja karboksylacji jest reakcją ograniczającą zachodzenie cyklu Calvina. Karboksysomy mają kształt wielościanów o średnicy od 80 do 140 nm i zbudowane są z białka.
WKompleks rozkładający wodę – kompleks enzymatyczny przeprowadzający rozszczepienie cząsteczki wody podczas zachodzenia fazy jasnej fotosyntezy. Przestrzenna struktura kompleksu nie została ustalona. W skład kompleksu wchodzą cztery jony manganu i wapnia.
WKompleksy zbierające energię świetlną, anteny energetyczne, układy antenowe LHC – są kompleksami białek i barwników fotosyntetycznych znajdującymi się w błonach komórek organizmów fotosyntetyzujących. Kompleksy antenowe absorbują kwanty światła i przekazują ich energię do centrów reakcji fotoukładów, w których zachodzi właściwa reakcja fotochemiczna.
WOdwrotny cykl Krebsa, odwrotny cykl kwasu cytrynowego, odwrotny cykl TCA, reduktywny cykl kwasów karboksylowych – zespół reakcji biochemicznych podczas których CO2 włączany jest w związki organiczne przy udziale ferredoksyny i ATP. Cykl ten jest sposobem asymilacji dwutlenku węgla u części fotosyntetyzujących purpurowych bakterii siarkowych i bakterii zielonych.
WPromieniowanie fotosyntetycznie czynne – promieniowanie słoneczne, które może być zabsorbowane przez barwniki fotosyntetyczne na potrzeby fotosyntezy. Zakres długości fali światła fotosyntetycznie czynnego zbliżony jest do zakresu światła widzialnego i wynosi od ok. 400 do ok. 800 nm. Najczęściej przyjmuje się zakres 380–710 nm. W rzeczywistości jest to pewne uproszczenie, gdyż o ile większość fotoautotrofów wykorzystuje głównie światło słoneczne wychwytywane przez chlorofil a, o tyle niektóre organizmy wykorzystują energię światła spoza zakresu PAR, dzięki pozostałym barwnikom fotosyntetycznym.
WRuBisCO, karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu, karboksydysmutaza – enzym występujący w komórkach roślin. Jest to niezwykle rozpowszechniony enzym katalizujący reakcję przyłączenia cząsteczki dwutlenku węgla do rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP) w tak zwanej fazie ciemnej procesu fotosyntezy. In vivo enzym jest aktywny w obecności światła. Działanie enzymu związane jest też z fotooddychaniem gdzie RuBisCO funkcjonuje jako oksygenaza, katalizująca rozbicie cząsteczki r-1,5-bisfosforanu z udziałem tlenu cząsteczkowego na fosfoglicerynian i fosfoglikolan. RuBisCO jest białkiem, które stanowi ok. 50% wszystkich rozpuszczalnych białek występujących w liściach roślin.
WRybulozo-1,5-bisfosforan – pięciowęglowy, organiczny związek chemiczny z grupy estrów. Bierze udział w procesie fotosyntezy.
WSyntaza ATP, – enzym z grupy syntaz katalizujący reakcję wytwarzania ATP z ADP i fosforanu nieorganicznego Pi. Energia niezbędna do syntezy pochodzi z gradientu elektrochemicznego protonów - w wyniku tego gradientu następuje ruch protonów, a następnie ich energia przekształcana jest w energię wiązań chemicznych w ATP.
WSztuczna fotosynteza – pojęcie, które ogólnie obejmuje "skopiowanie" naturalnego procesu fotosyntezy, a także związane z tym badania, w celu otrzymania wysokoenergetycznych związków chemicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii słonecznej, czasami także pod pojęciem tym rozumiany jest rozkład wody na wodór i tlen za pomocą energii słonecznej. Termin dotyczy także starań naukowców, aby otrzymać z dwutlenku węgla i wody w reakcji sztucznej fotosyntezy płynne paliwo.
WTioredoksyna – to niewielkie białko o masie około 12 kDa obecne w stromie chloroplastów komórek roślinnych, komórkach prokariontów oraz zwierząt. Białko zawiera sąsiadujące ze sobą reszty cysteiny, które mogą znajdować się w formie utlenionej tworząc mostek dwusiarczkowy (-S-S-) lub w formie zredukowanej, ugrupowanie tiolowe (-SH). Może ona służyć jako reduktor dla enzymów, na przykład reduktazy rybonukleotydowej przy reakcjach tworzenia difosforanów 2'-deoksyrybonukleotydów (dNDP) z difosforanów rybonukleotydów (NDP). Jedynie zredukowane formy enzymów wykazują aktywność. Aktywacja u roślin, następuje na świetle, na skutek przeniesienia elektronów z ferredoksyny na tioredoksynę w reakcji katalizowanej przez reduktazę ferredoksyna-tioredoksyna co prowadzi do zerwania mostku dwusiarczkowego, i następnie na enzymy katalizujące reakcje asymilacji CO2.