Ffotosynthesis

Y dail yw'r organau sy'n perfformio ffotosynthesis mewn planhigion gwyrdd.

Proses fiocemegol sy'n newid egni solar yn egni cemegol mewn planhigion gwyrdd, algâu a rhai bacteria yw ffotosynthesis.

Mae planhigion yn cynhyrchu eu bwyd eu hunain drwy droi carbon deuocsid a dŵr yn gyfansoddion organig fel glwcos a phroteinau. Mae'r planhigion yn cael carbon deuocsid trwy eu dail a'r dŵr drwy eu gwreiddiau. Gan mai adwaith endergonig ydyw, mae angen mewnbwn mawr o egni; ffynhonnell yr egni yw'r haul. Fel cynnyrch gwastraff mae'r planhigion yn cynhyrchu ocsigen. Mae rhai planhigion yn troi glwcos yn swcros i'w storio, e.e. cansen siwgr neu betys siwgr, ond wedyn mae llawer o blanihigion yn troi'r glwcos yn starts i storio ynni, e.e. tatws neu faip.

Mewn planhigion gwyrdd ac algae, mae'r cloroffyl y tu mewn i'r cloroplastau yn amsugno'r egni golau.

Gellir crynhoi'r broses fel a ganlyn;

6H₂O + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ΔH_a ≈ 2801 kJ mol^-1

Ond mae'n bwysig cofio mai cyfres o dros 70 adwaith ocsideiddio-gostyngiad yw ffotosynthesis.

Biocemeg ffotosynthesis mewn planhigion gwyrdd

Mae angen mewnbwn o tua 2801 kJ o egni i bob môl o glwcos a gynhyrchir. Daw’r egni hwn o’r haul. Gellir gwahanu’r broses yn ddau ran:

1. Y broses olau; lle defnyddir ffotonau i greu ATP a chludwyr electronau egni uchel (NADPH₂).
2. Y broses dywyll; lle defnyddir yr egni o ATP a NADPH₂ i ostwng carbon deuocsid i glwcos. Fe'i gelwir yn broses "dywyll" gan nad oes angen golau i'w chynnal.

Y broses olau

Cynhaeafu golau

Mae yna systemau cynhaeafu golau yn thylacoidau’r cloroplastau sy’n cynnwys carotenau a chloroffyliau. Ynghanol y system mae yna foleciwl o gloroffyl A. Pan mae dau ffoton yn cael eu hamsugno gan y system gynhaeafu, mae dau electron o'r moleciwl cloroffyl A yn cael eu hybu i lefelau egni uwch a’u derbyn gan dderbynnydd electron.

Ffotolysis

Cai’r electronau a gollwyd gan y system gynhaeafu eu hadleoli gan ffotolysis; y broses o hollti dŵr i electronau (e^-), protonau (H⁺) ac ocsigen (O₂). Credir mai’r system gynhaeafu ei hun sy’n gyfrifol am y broses. Ar ôl iddi golli electronau, fe ddaw’n ocsidydd cryf iawn; yr ocsidydd biolegol cryfaf a wyddys; yn ddigon cryf i dorri moleciwl mor sefydlog â dŵr. Gellir crynhoi’r broses fel y ganlyn:

2H₂O → 4H⁺ + 4e^- + O₂

Cai’r protonau eu rhyddhau yn y stroma ac mae’r electronau yn adleoli'r rhai a gollwyd gan y system gynhaeafu. Rhyddheir yr ocsigen i’r atmosffêr fel cynnyrch gwastraff.

Cadwyn cludo electronau

Y systemau cynhaeafu golau a'r gadwyn cludo electronau

Mae’r derbynnydd electron yn pasio’r electronau egni uchel i system o gludwyr ar lefelau egni is. Mae’r gyfres o adweithiau ocsideiddio-gostyngiad yn rhyddhau meintiau bach o egni sy’n pweru’r cludiant actif o brotonau ar draws pilen y thylacoid i mewn i’r lwmen. Mae hyn yn creu graddiant electrocemegol ar daws y bilen gyda chrynodiad uchel o brotonau y tu mewn i’r lwmen a chrynodiad isel yn y stroma. Yn y bilen mae yna ronynnau protein sy’n cynnwys yr ensym ATP synthas. Llif y protonau o'r lwmen i'r stroma drwy’r gronynnau hyn sy’n pweru’r synthesis o ATP:

ADP _(d) + Pi _(d) → ATP _(d) ΔH_a = 30 kJ mol^-1

Ar ddiwedd y gadwyn o gludwyr electronau mae yna system gynhaeafu arall sy’n ail-hybu’r electronau i lefelau egni uwch gan amsugno dau ffoton. Mae hyn yn rhoi digon o egni i'r electronau ostwng NADP i NADPH₂.

2e^- + 2H⁺ + NADP → NADPH₂

Mae ocsideiddio dŵr (ffotolysis) yn helpu cadw crynodiad uchel o brotonau yn y lwmen, ac mae gostyngiad NADP i NADPH₂ yn helpu cadw crynodiad isel o brotonau yn y stroma.

Y broses dywyll

Mae’r broses olau yn cynhaeafu egni solar, a’i storio fel egni cemegol yn ffurf ATP a NADPH₂. Y broses dywyll yw’r broses o ddefnyddio’r egni yma i ostwng carbon deuocsid i gyfansoddion organig fel glwcos a phroteinau. Mae angen mwy na 50 moleciwl o ATP i ffurfio un moleciwl o glwcos.

Darganfuwyd y broses hon gan Melvin Calvin gan ddefnyddio isotopau carbon felly fe’i gelwir yn gylchred Calvin:

• Mae CO₂ yn uno gyda chyfansoddyn 5 carbon ribwlos bisffosffad gan ffurfio cyfansoddyn 6 carbon ansefydlog. Cataleiddir yr adwaith hwn gan yr ensym ribwlos 1-5 bisffosffad carbocsylas.
• Mae’r cyfansoddyn 6 carbon yn hollti i ddau foleciwl 3 charbon o glyserad-3-ffosffad.
• Drwy gyfres o gamau cai’r glyserad-3-ffosffad ei ostwng gan NADPH₂ a’u ffosfforoleiddio gan ATP i drios ffosffad.
• Mae rhai o’r trios-ffosffad yn gadael y gylchred i ffurfio carbohydradau neu gyfansoddion organig eraill ond cai’r rhan fwyaf ei amdroi yn ôl i ribwlos bisffosffad mewn cyfres o adweithiau a yrrir gan ATP i ail-ddechrau’r gylchred.

Gweler hefyd

• Cylchred Garbon