Ask A Biologist
Intra cu o energie și iese cu alta
Reacțiile dependente de lumină au loc în membrana tilacoidă, în interiorul cloroplastelor. Deoarece sunt reacții „dependente” de lumină, puteți ghici că aceste reacții au nevoie de lumină pentru a funcționa. Amintiți-vă că scopul acestei prime părți a fotosintezei este de a transforma energia luminii solare în alte forme de energie?
Reacțiile dependente de lumină ale fotosintezei necesită lumină solară. Imagine de Mell27.
Plantele nu pot folosi direct energia luminii pentru a produce zaharuri. În schimb, planta transformă energia luminoasă într-o formă pe care o poate utiliza: energia chimică. Energia chimică este peste tot în jurul nostru. De exemplu, mașinile au nevoie de energia chimică din benzină pentru a funcționa. Energia chimică pe care o folosesc plantele este stocată în ATP și NADPH. ATP și NADPH sunt două tipuri de molecule care transportă energie. Aceste două molecule nu se găsesc doar în plante, deoarece și animalele le folosesc.
O rețetă pentru energie
Plantele au nevoie de apă pentru a produce NADPH. Această apă este descompusă pentru a elibera electroni (particule subatomice încărcate negativ). Când apa este spartă, se creează și oxigen, un gaz pe care îl respirăm cu toții.
Electronii trebuie să călătorească prin proteine speciale prinse în membrana tilacoidă. Ei trec prin prima proteină specială (proteina fotosistemului II) și coboară prin lanțul de transport al electronilor. Apoi trec printr-o a doua proteină specială (proteina fotosistemului I).
Photosistemul I și fotosistemul II
Așteptați o secundă… primii electroni trec prin al doilea fotosistem și apoi trec prin primul? Asta pare foarte confuz. De ce ar denumi astfel fotosistemele?
Moleculele de apă sunt descompuse pentru a elibera electroni. Acești electroni se deplasează apoi în jos pe un gradient, stocând energie în ATP în acest proces. Imagine realizată de Jina Lee.
Foto-sistemele I și II nu se aliniază cu traseul pe care îl parcurg electronii prin lanțul de transport, deoarece nu au fost descoperite în această ordine.
Foto-sistemul I a fost descoperit primul. Mai târziu, a fost descoperit fotosistemul II și s-a constatat că se află mai devreme în lanțul de transport al electronilor. Dar a fost prea târziu, numele a rămas. Electronii călătoresc mai întâi prin fotosistemul II și apoi prin fotosistemul I.
Clanțul de transport al electronilor
În timp ce se află în fotosistemul II și I, electronii adună energie de la lumina soarelui. Cum fac ei acest lucru? Clorofila, care este prezentă în fotosisteme, absoarbe energia luminoasă. Electronii energizați sunt apoi folosiți pentru a produce NADPH.
Lanțul de transport al electronilor este o serie de molecule care acceptă sau donează cu ușurință electroni. Trecând pas cu pas prin acestea, electronii sunt mutați într-o direcție specifică de-a lungul unei membrane. Mișcarea ionilor de hidrogen este cuplată cu aceasta. Acest lucru înseamnă că atunci când electronii se deplasează, se deplasează și ionii de hidrogen.
ATP este creat atunci când ionii de hidrogen sunt pompați în spațiul interior (lumenul) al tirokoidului. Ionii de hidrogen au o sarcină pozitivă. La fel ca în magneți, aceleași sarcini se resping, așa că ionii de hidrogen vor să se îndepărteze unul de celălalt. Aceștia scapă din thylakoid printr-o proteină de membrană numită ATP-sintetază. Mișcându-se prin proteină, ei îi dau putere, precum apa care trece printr-un baraj. Atunci când ionii de hidrogen trec prin proteină și coboară prin lanțul de transport al electronilor, se creează ATP. Acesta este modul în care plantele transformă lumina solară în energie chimică pe care o pot folosi.
Ciclul Calvin: Construirea vieții din aer
Cum devine ceva precum aerul lemnul unui copac? Răspunsul se află în ceea ce compune aerul.
Cum poate fi transformat aerul din jurul unui copac în material de copac? Printr-un set complex de reacții care utilizează carbonul din aer pentru a produce alte materiale. Imagine realizată de André Karwath.
Aerul conține diferite elemente, cum ar fi oxigenul, carbonul și azotul. Aceste elemente alcătuiesc molecule precum dioxidul de carbon (CO2). Dioxidul de carbon este alcătuit dintr-un atom de carbon și doi atomi de oxigen. Plantele preiau atomul de carbon din dioxidul de carbon și îl folosesc pentru a construi zaharuri.
Acest lucru se face cu ajutorul ciclului Calvin. Ciclul Calvin are loc în interiorul cloroplastelor, dar în afara thylakoidelor (unde a fost creat ATP). ATP și NADPH din reacțiile dependente de lumină sunt utilizate în ciclul Calvin.
Părți din ciclul Calvin sunt uneori numite reacții independente de lumină. Dar nu vă lăsați păcăliți de nume… aceste reacții au nevoie de lumina soarelui pentru a funcționa.
Proteina RuBisCO ajută, de asemenea, în procesul de transformare a carbonului din aer în zaharuri. RuBisCO lucrează lent, așa că plantele au nevoie de o cantitate mare. De fapt, RuBisCO este cea mai abundentă proteină din lume!
Produsele ciclului Calvin sunt folosite pentru a obține glucoza, un zahăr simplu. Glucoza este folosită pentru a construi zaharuri mai complexe, cum ar fi amidonul și celuloza. Amidonul stochează energia pentru plantă, iar celuloza este materialul din care sunt făcute plantele.
Imagini via Wikimedia Commons. Imagine cu răsaduri de Bff.
.