Sök en biolog
In med en energi och ut med en annan
De ljusberoende reaktionerna sker i thylakoidmembranet i kloroplasterna. Eftersom de är ljus ”beroende” reaktioner kan man gissa att dessa reaktioner behöver ljus för att fungera. Kom ihåg att syftet med denna första del av fotosyntesen är att omvandla solljusenergi till andra former av energi?
De ljusberoende reaktionerna i fotosyntesen kräver solljus. Bild av Mell27.
Plantor kan inte använda ljusenergi direkt för att göra sockerarter. I stället omvandlar växten ljusenergin till en form som den kan använda: kemisk energi. Kemisk energi finns överallt omkring oss. Bilar behöver till exempel den kemiska energin från bensin för att kunna köras. Den kemiska energi som växter använder lagras i ATP och NADPH. ATP och NADPH är två typer av energibärande molekyler. Dessa två molekyler finns inte bara i växter, eftersom även djur använder dem.
Ett recept på energi
Plantor behöver vatten för att göra NADPH. Detta vatten bryts sönder för att frigöra elektroner (negativt laddade subatomära partiklar). När vattnet bryts sönder skapas också syre, en gas som vi alla andas.
Elektronerna måste färdas genom speciella proteiner som sitter fast i thylakoidmembranet. De går genom det första specialproteinet (fotosystem II-proteinet) och nedåt i elektrontransportkedjan. Sedan passerar de genom ett andra specialprotein (fotosystem I-protein).
Fotosystem I och fotosystem II
Vänta lite… först går elektronerna genom det andra fotosystemet och sedan går de genom det första? Det verkar verkligen förvirrande. Varför skulle de namnge fotosystemen på det sättet?
Vattenmolekyler bryts ner för att frigöra elektroner. Dessa elektroner rör sig sedan nerför en gradient och lagrar energi i ATP under processen. Bild av Jina Lee.
Fotosystem I och II stämmer inte överens med den väg som elektronerna tar genom transportkedjan eftersom de inte upptäcktes i den ordningen.
Fotosystem I upptäcktes först. Senare upptäcktes fotosystem II som visade sig vara tidigare i elektrontransportkedjan. Men det var för sent, namnet fastnade. Elektronerna går först genom fotosystem II och sedan fotosystem I.
Elektrontransportkedjan
I fotosystem II och I samlar elektronerna in energi från solljuset. Hur gör de det? Klorofyll, som finns i fotosystemen, suger upp ljusenergi. De energirika elektronerna används sedan för att göra NADPH.
Elektrontransportkedjan är en serie molekyler som lätt tar emot eller avger elektroner. Genom att stegvis röra sig genom dessa förflyttas elektroner i en viss riktning över ett membran. Förflyttningen av vätejoner är kopplad till detta. Detta innebär att när elektroner flyttas rör sig också vätejoner.
ATP skapas när vätejoner pumpas in i det inre utrymmet (lumen) i thylakoiden. Vätejoner har en positiv laddning. Precis som i magneter repellerar samma laddningar, så vätejonerna vill komma bort från varandra. De flyr från thylakoiden genom ett membranprotein som kallas ATP-syntas. Genom att röra sig genom proteinet ger de det kraft, som vatten som rör sig genom en damm. När vätejonerna rör sig genom proteinet och ner genom elektrontransportkedjan skapas ATP. Detta är hur växter omvandlar solljus till kemisk energi som de kan använda.
Calvincykeln: Byggandet av liv från luften
Hur blir något som luft till trädet i ett träd? Svaret ligger i vad som utgör luften.
Hur kan luften som omger ett träd omvandlas till trädmaterial? Genom en komplex uppsättning reaktioner som använder kolet från luften för att göra andra material. Bild av André Karwath.
Luften innehåller olika grundämnen som syre, kol och kväve. Dessa grundämnen bildar molekyler som koldioxid (CO2). Koldioxid består av en kolatom och två syreatomer. Växter tar kolatomen från koldioxid och använder den för att bygga sockerarter.
Detta sker med hjälp av Calvincykeln. Calvincykeln sker inuti kloroplasterna, men utanför thylakoiderna (där ATP skapades). ATP och NADPH från de ljusberoende reaktionerna används i Calvincykeln.
Delar av Calvincykeln kallas ibland för ljusoberoende reaktioner. Men låt dig inte luras av namnet… dessa reaktioner kräver faktiskt solljus för att fungera.
Proteinet RuBisCO hjälper också till i processen att omvandla kol från luften till sockerarter. RuBisCO arbetar långsamt, så växter behöver mycket av det. Faktum är att RuBisCO är det mest förekommande proteinet i världen!
Produkterna från Calvincykeln används för att göra det enkla sockret glukos. Glukos används för att bygga mer komplexa sockerarter som stärkelse och cellulosa. Stärkelse lagrar energi för växten och cellulosa är det material som växter är gjorda av.
Bilder via Wikimedia Commons. Bild på fröplantor av Bff.