Ask A Biologist
In with One Energy and out with Another
Reakce závislé na světle probíhají v thylakoidní membráně uvnitř chloroplastů. Protože se jedná o reakce „závislé“ na světle, můžete si domyslet, že tyto reakce potřebují ke svému fungování světlo. Pamatujte si, že účelem této první části fotosyntézy je přeměna energie slunečního světla na jiné formy energie?“
Reakce fotosyntézy závislé na světle vyžadují sluneční světlo. Obrázek: Mell27.
Rostliny nemohou využívat světelnou energii přímo k výrobě cukrů. Místo toho rostlina mění světelnou energii na formu, kterou může využít: chemickou energii. Chemická energie je všude kolem nás. Například auta potřebují ke svému provozu chemickou energii z benzínu. Chemická energie, kterou využívají rostliny, je uložena v ATP a NADPH. ATP a NADPH jsou dva druhy molekul přenášejících energii. Tyto dvě molekuly nejsou jen v rostlinách, protože je využívají i živočichové.
Recept na energii
Rostliny potřebují k výrobě NADPH vodu. Tato voda se rozkládá a uvolňuje elektrony (záporně nabité subatomární částice). Při rozkladu vody vzniká také kyslík, plyn, který všichni dýcháme.
Elektrony musí projít speciálními bílkovinami zaklíněnými v thylakoidní membráně. Procházejí prvním speciálním proteinem (proteinem fotosystému II) a dále po řetězci pro přenos elektronů. Pak procházejí druhou speciální bílkovinou (bílkovinou fotosystému I).
Fotosystém I a fotosystém II
Počkejte chvilku… nejdřív jdou elektrony přes druhý fotosystém a pak jdou přes první? To mi připadá opravdu matoucí. Proč by fotosystémy pojmenovávali právě takto?“
Molekuly vody se rozkládají, aby se uvolnily elektrony. Tyto elektrony se pak pohybují po gradientu dolů a ukládají přitom energii do ATP. Obrázek: Jina Lee.
Fotosystémy I a II nejsou v souladu s trasou, kterou elektrony procházejí transportním řetězcem, protože nebyly objeveny v tomto pořadí.
Fotosystém I byl objeven jako první. Později byl objeven fotosystém II a bylo zjištěno, že je v řetězci přenosu elektronů dříve. Bylo však pozdě, název se vžil. Elektrony nejprve procházejí fotosystémem II a poté fotosystémem I.
Řetězec přenosu elektronů
Při průchodu fotosystémem II a I získávají elektrony energii ze slunečního záření. Jak to dělají? Chlorofyl, který je ve fotosystémech přítomen, pohlcuje světelnou energii. Nabité elektrony se pak používají k výrobě NADPH.
Elektronový transportní řetězec je řada molekul, které snadno přijímají nebo odevzdávají elektrony. Jejich postupným procházením se elektrony přesouvají určitým směrem přes membránu. S tím je spojen pohyb vodíkových iontů. To znamená, že při pohybu elektronů se pohybují i vodíkové ionty.
ATP se vytváří, když jsou vodíkové ionty čerpány do vnitřního prostoru (lumen) thylakoidu. Vodíkové ionty mají kladný náboj. Podobně jako u magnetů se stejné náboje odpuzují, takže vodíkové ionty se chtějí dostat od sebe. Unikají z thylakoidu prostřednictvím membránového proteinu zvaného ATP syntáza. Tím, že se pohybují skrz bílkovinu, jí dodávají energii, podobně jako když se voda pohybuje přes přehradu. Když se vodíkové ionty pohybují proteinem a dolů elektronovým transportním řetězcem, vzniká ATP. Takto rostliny přeměňují sluneční světlo na chemickou energii, kterou mohou využít.
Calvinův cyklus: Jak se z něčeho, jako je vzduch, stane dřevo stromu? Odpověď spočívá v tom, z čeho se vzduch skládá.
Jak se může vzduch obklopující strom přeměnit na dřevo? Prostřednictvím složitého souboru reakcí, které využívají uhlík ze vzduchu k výrobě dalších materiálů. Obrázek: André Karwath
Jak se může vzduch obklopující strom přeměnit na dřevo? Prostřednictvím složitého souboru reakcí, které využívají uhlík ze vzduchu k výrobě dalších materiálů. Obrázek: André Karwath
Vzduch obsahuje různé prvky, například kyslík, uhlík a dusík. Z těchto prvků se skládají molekuly, například oxid uhličitý (CO2). Oxid uhličitý se skládá z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku. Rostliny si z oxidu uhličitého berou atom uhlíku a využívají ho k výrobě cukrů.
Toto se děje pomocí Calvinova cyklu. Calvinův cyklus probíhá uvnitř chloroplastů, ale mimo tylakoidy (kde vznikl ATP). ATP a NADPH z reakcí závislých na světle se používají v Calvinově cyklu.
Části Calvinova cyklu se někdy nazývají reakce nezávislé na světle. Nenechte se však zmást názvem… tyto reakce vyžadují ke svému fungování sluneční světlo.
Bílkovina RuBisCO také pomáhá v procesu přeměny uhlíku ze vzduchu na cukry. RuBisCO pracuje pomalu, takže ho rostliny potřebují hodně. Ve skutečnosti je RuBisCO nejrozšířenější bílkovinou na světě!
Produkty Calvinova cyklu se používají k výrobě jednoduchého cukru glukózy. Glukóza se používá k tvorbě složitějších cukrů, jako je škrob a celulóza. Škrob uchovává energii pro rostlinu a celulóza je látka, ze které se rostliny skládají.
Obrázky prostřednictvím Wikimedia Commons. Obrázek semenáčku od Bff.