Какво използват хлоропластите за направата на глюкоза?

Хлоропластите са оригиналните „зелени“ слънчеви трансформатори. Тези малки органели, намиращи се само в клетките на растенията и водораслите, използват енергия от слънцето, за да преобразуват въглеродния диоксид и водата в глюкоза и кислород. Дан Дженк, научен писател от Института за биодизайн в Държавния университет в Аризона, описва процеса по следния начин: „... растенията се доближават до върха на скъперничеството, като изчистват почти всеки фотон от наличната светлинна енергия, която да произведат храна."

В тази статия ще разгледаме общия процес на фотосинтеза, как функционира хлоропластът и как работи, за да използва химически входящи вещества и слънце, за да произвежда глюкоза.

Енергията, която се съхранява в молекулярна връзка, се нарича „химическа потенциална енергия“. Когато химическа връзка е счупен, например когато молекулата на нишесте се изяде и след това се разгради в храносмилателната система на животно, енергията е освободен. Всички организми се нуждаят от енергия, за да оцелеят.

Нарича се основната молекула, използвана за енергия в живите организми ATP. АТФ се генерира в клетките чрез глюкоза и сложни метаболитни пътища. За да получат глюкоза обаче, растенията, водораслите и други автотрофи трябва да преобразуват слънчевата енергия в глюкоза чрез процес, наречен фотосинтеза.

Фотосинтезата превръща светлинната енергия в химическа енергия, която се съхранява в молекулярните връзки на глюкозата. Този процес протича в хлоропласти. Растението използва молекулите на глюкозата, за да създаде сложни въглехидрати - нишесте и целулоза - и други хранителни вещества, от които се нуждае, за да расте и да се възпроизвежда. По този начин фотосинтезата прави възможно превръщането на светлинната енергия във форма на енергия, която може да се използва за храна, както от растението, така и от животните, които ядат растението.

Фотосинтезата може да бъде представена чрез следното опростено уравнение:

6 CO₂ (въглероден диоксид) + 6 Н₂O (вода) → C₆З.₁₂О₆ (глюкоза) + 6 O₂ (кислород)

•••Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images

Фотосинтезата се осъществява в две стъпки - един зависим от светлината и един независим от светлината.

The светлинни реакции на фотосинтезата започват, когато светлината от слънцето попада в клетка с хлоропласт, обикновено в листни клетки на растенията. Хлорофилът, зеленият пигмент вътре в хлоропласта, абсорбира частици светлинна енергия, наречени фотони. Абсорбираният фотон инициира поредица от химични реакции, които създават два вида високоенергийни съединения, ATP (аденозин трифосфат) и NADPH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат).

По-късно тези съединения се използват в клетъчното дишане, за да се създаде по-използваема енергия под формата на АТФ.

В допълнение към светлинната енергия светлинните реакции изискват и вода. По време на фотосинтезата водните молекули се разделят на водородни йони и кислород. Водородът се консумира от реакцията и остатъците от кислородни атоми се освобождават от хлоропласта като кислороден газ (O2).

The независим от светлината част от фотосинтезата е известна също като Цикъл на Калвин. Използвайки молекулите, произведени в зависимите от светлината реакции - ATP за енергия и NADPH за електрони - Calvin цикъл използва циклична поредица от биохимични реакции за превръщане на шест молекули въглероден диоксид в молекула на глюкоза.

Всяка стъпка от цикъла на Калвин има ензим, който катализира реакцията.

Суровините за фотосинтеза се намират естествено в околната среда. Растенията абсорбират въглеродния диоксид от въздуха, водата от почвата и светлината от слънцето и ги превръщат в кислород и въглехидрати. Това прави хлоропласти най-ефективните потребители в света и производители на чиста, възобновяема енергия.

Той също така осигурява циклирането на въглерод и кислород в околната среда. Без фотосинтеза от растения и водорасли няма да има начин да се рециклира въглеродният диоксид в дишащ кислород.

Ето защо обезлесяването и изменението на климата са толкова вредни за околната среда: без маси от водорасли, дървета и други растения за създаване на кислород и отнемане на въглероден диоксид, CO₂ нивата ще се увеличат. Това повишава глобалната температура, нарушава цикли на газообмен и като цяло може да навреди на околната среда.