Setiap helai daun hijau yang anda lihat adalah sebuah kilang solar yang luar biasa. Di dalamnya berlaku salah satu tindak balas kimia yang paling penting di atas muka bumi โ fotosintesis, proses yang menukar cahaya matahari, air, dan karbon dioksida menjadi gula dan oksigen. Dan pigmen hijau yang memungkinkan semua ini adalah klorofil.
Klorofil adalah molekul organik kompleks yang terdiri daripada cincin porfirin yang mengandungi atom magnesium di pusatnya, dengan rantai phytol yang panjang melekat padanya. Ia terdapat dalam kloroplas โ organel khusus dalam sel tumbuhan dan alga. Klorofil menyerap cahaya dalam julat merah (640-680 nm) dan biru-ungu (430-450 nm) dengan sangat cekap, tetapi memantulkan cahaya hijau โ itulah sebabnya kita melihat daun sebagai hijau.
Proses fotosintesis berlaku dalam dua peringkat utama. Peringkat pertama, reaksi cahaya atau reaksi terang, berlaku dalam membran tilakoid di dalam kloroplas. Apabila foton cahaya menghentam molekul klorofil, tenaga foton itu digunakan untuk "mengujakan" elektron ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Elektron-elektron bertenaga tinggi ini kemudiannya mengalir melalui rantaian pengangkutan elektron โ siri protein yang tersusun dalam membran tilakoid โ menghasilkan ATP (adenosina trifosfat, molekul penyimpan tenaga universal) dan NADPH (agen penurunan yang kuat). Proses pemecahan air berlaku pada peringkat ini, membebaskan oksigen sebagai produk sampingan โ oksigen yang kita hirup adalah hasil langsung daripada reaksi ini.
Peringkat kedua, kitaran Calvin atau reaksi gelap, berlaku di dalam stroma kloroplas dan tidak memerlukan cahaya secara langsung. Ia menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi terang untuk menukar karbon dioksida dari udara menjadi molekul gula โ glukosa dan gula-gula lain. Enzim kuncinya ialah RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase), yang dipercayai sebagai enzim paling banyak di bumi. RuBisCO memangkinkan penggabungan COโ dengan molekul gula 5-karbon untuk memulakan proses pembinaan gula.
Persamaan ringkas fotosintesis adalah: 6COโ + 6HโO + cahaya โ CโHโโOโ + 6Oโ. Namun, menyebutnya "ringkas" adalah menipu โ proses sebenarnya melibatkan ratusan tindak balas yang berbeza, dikawal oleh berpuluh-puluh enzim, dan berlaku dalam beberapa milisaat di dalam membran yang teratur dengan luar biasa.
Kepentingan fotosintesis bagi kehidupan di bumi tidak dapat dilebih-lebihkan. Hampir semua tenaga dalam ekosistem bumi akhirnya berasal dari fotosintesis โ sama ada secara langsung melalui tumbuhan yang kita makan, atau secara tidak langsung melalui haiwan yang memakan tumbuhan. Fosil bahan bakar seperti minyak, gas asli, dan arang batu juga tidak lain adalah tenaga solar yang telah "disimpan" melalui fotosintesis oleh organisma purba jutaan tahun dahulu.
Saintis sedang berusaha untuk meniru fotosintesis secara artifisial โ proses yang dipanggil fotosintesis buatan โ sebagai cara untuk menghasilkan bahan bakar bersih dari cahaya matahari dan air. Jika berjaya, ini boleh merevolusikan sektor tenaga dan membantu menangani perubahan iklim. Klorofil yang sederhana kelihatan berwarna hijau adalah sesungguhnya asas kepada kehidupan sebagaimana yang kita kenal.