Zapytaj Biologa
Wejdź z jedną energią i wyjdź z inną
Reakcje zależne od światła zachodzą w błonie tylakoidalnej, wewnątrz chloroplastów. Ponieważ są to reakcje „zależne” od światła, możesz się domyślić, że reakcje te potrzebują światła, aby działać. Pamiętaj, że celem tej pierwszej części fotosyntezy jest przekształcenie energii światła słonecznego w inne formy energii?
Reakcje zależne od światła w fotosyntezie wymagają światła słonecznego. Image by Mell27.
Rośliny nie mogą wykorzystywać energii świetlnej bezpośrednio do produkcji cukrów. Zamiast tego, roślina zmienia energię świetlną w formę, którą może wykorzystać: energię chemiczną. Energia chemiczna jest wszędzie wokół nas. Na przykład, samochody potrzebują energii chemicznej z benzyny, aby działać. Energia chemiczna wykorzystywana przez rośliny jest przechowywana w ATP i NADPH. ATP i NADPH to dwa rodzaje cząsteczek przenoszących energię. Te dwie cząsteczki są nie tylko w roślinach, jak zwierzęta ich używać, jak również.
Przepis na energię
Rośliny potrzebują wody, aby zrobić NADPH. Ta woda jest rozbijana, aby uwolnić elektrony (ujemnie naładowane cząsteczki subatomowe). Kiedy woda jest rozbijana, tworzy również tlen, gaz, którym wszyscy oddychamy.
Elektrony muszą podróżować przez specjalne białka tkwiące w błonie tylakoidu. Przechodzą one przez pierwsze specjalne białko (białko fotosystemu II) i w dół łańcucha transportu elektronów. Następnie przechodzą przez drugie specjalne białko (białko fotosystemu I).
Fotosystem I i fotosystem II
Zaczekaj chwilę… pierwsze elektrony przechodzą przez drugi fotosystem, a drugie przez pierwszy? To wydaje się naprawdę mylące. Dlaczego nazwano fotosystemy w ten sposób?
Cząsteczki wody są rozbijane, aby uwolnić elektrony. Elektrony te następnie przemieszczają się w dół gradientu, magazynując w tym procesie energię w ATP. Zdjęcie autorstwa Jiny Lee.
Fotosystem I i II nie są zgodne z trasą, jaką elektrony pokonują w łańcuchu transportowym, ponieważ nie zostały odkryte w tej kolejności.
Fotosystem I został odkryty jako pierwszy. Później odkryto fotosystem II i stwierdzono, że jest on wcześniejszy w łańcuchu transportu elektronów. Ale to było za późno, nazwa utknęła. Elektrony najpierw podróżują przez fotosystem II, a potem przez fotosystem I.
Łańcuch transportu elektronów
Podczas gdy w fotosystemie II i I, elektrony zbierają energię ze światła słonecznego. Jak to robią? Chlorofil, który jest obecny w fotosystemach, pochłania energię świetlną. Energetyczne elektrony są następnie wykorzystywane do produkcji NADPH.
Łańcuch transportu elektronów to seria cząsteczek, które łatwo przyjmują lub oddają elektrony. Przesuwając się przez nie krok po kroku, elektrony są przemieszczane w określonym kierunku przez membranę. Ruch jonów wodorowych jest z tym sprzężony. Oznacza to, że kiedy elektrony są przemieszczane, jony wodorowe również się przemieszczają.
ATP jest tworzony, kiedy jony wodorowe są pompowane do wewnętrznej przestrzeni (lumen) tylakoidu. Jony wodorowe mają ładunek dodatni. Podobnie jak w magnesach, te same ładunki odpychają się, więc jony wodorowe chcą się od siebie oddalić. Wydostają się one z tylakoidu przez białko błonowe zwane syntazą ATP. Przechodząc przez białko, nadają mu moc, jak woda przechodząca przez tamę. Kiedy jony wodoru przechodzą przez białko i w dół łańcucha transportu elektronów, powstaje ATP. W ten sposób rośliny zamieniają światło słoneczne w energię chemiczną, którą mogą wykorzystać.
Cykl Calvina: Building Life from Thin Air
Jak coś takiego jak powietrze staje się drewnem drzewa? Odpowiedź leży w tym, co tworzy powietrze.
Jak powietrze otaczające drzewo może zostać przekształcone w materiał drzewny? Poprzez skomplikowany zestaw reakcji, które wykorzystują węgiel z powietrza do produkcji innych materiałów. Image by André Karwath.
W powietrzu znajdują się różne pierwiastki, takie jak tlen, węgiel i azot. Elementy te tworzą cząsteczki takie jak dwutlenek węgla (CO2). Dwutlenek węgla jest zbudowany z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu. Rośliny pobierają atom węgla z dwutlenku węgla i wykorzystują go do budowy cukrów.
Odbywa się to za pomocą cyklu Calvina. Cykl Calvina zachodzi wewnątrz chloroplastów, ale poza tylakoidami (gdzie powstał ATP). ATP i NADPH z reakcji zależnych od światła są wykorzystywane w cyklu Calvina.
Części cyklu Calvina są czasami nazywane reakcjami niezależnymi od światła. Ale nie daj się zwieść tej nazwie… te reakcje wymagają światła słonecznego do działania.
Białko RuBisCO również pomaga w procesie zamiany węgla z powietrza w cukry. RuBisCO działa powoli, więc rośliny potrzebują go dużo. W rzeczywistości RuBisCO jest najobficiej występującym białkiem na świecie!
Produkty cyklu Calvina są wykorzystywane do wytwarzania cukru prostego – glukozy. Glukoza jest używana do budowy bardziej złożonych cukrów, takich jak skrobia i celuloza. Skrobia magazynuje energię dla rośliny, a celuloza jest materiałem, z którego zbudowane są rośliny.
Obrazy przez Wikimedia Commons. Sadzonka zdjęcie przez Bff.