Τι χρησιμοποιούν οι χλωροπλάστες για την παραγωγή γλυκόζης;

Οι χλωροπλάστες είναι οι αρχικοί «πράσινοι» μετασχηματιστές ηλιακής ενέργειας. Αυτά τα μικροσκοπικά οργανίδια, που βρίσκονται μόνο στα κύτταρα φυτών και φυκών, χρησιμοποιούν ενέργεια από τον ήλιο για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη και οξυγόνο. Ο Dan Jenk, επιστημονικός συγγραφέας του Ινστιτούτου Biodesign στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα περιγράφει τη διαδικασία ως εξής, «… Τα φυτά πλησιάζουν στο αποκορύφωμα του τσιγγάνου καθαρίζοντας σχεδόν κάθε φωτόνιο διαθέσιμης φωτεινής ενέργειας για παραγωγή τροφή."

Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε τη γενική διαδικασία του φωτοσύνθεση, πώς λειτουργεί ο χλωροπλάστης και πώς λειτουργεί η χρήση χημικών εισροών και του ήλιου για την παραγωγή γλυκόζης.

Η ενέργεια που αποθηκεύεται μέσα σε έναν μοριακό δεσμό ονομάζεται «χημική δυναμική ενέργεια». Όταν ένας χημικός δεσμός είναι σπασμένο, όπως όταν καταναλώνεται ένα μόριο αμύλου και διασπάται στο πεπτικό σύστημα ενός ζώου, η ενέργεια είναι απελευθερώθηκε. Όλοι οι οργανισμοί χρειάζονται ενέργεια για να επιβιώσουν.

Το κύριο μόριο που χρησιμοποιείται για την ενέργεια στους ζωντανούς οργανισμούς ονομάζεται ATP. Το ATP δημιουργείται σε κύτταρα μέσω γλυκόζης και σύνθετων μεταβολικών οδών. Για να πάρετε γλυκόζη, ωστόσο, τα φυτά, τα φύκια και άλλα αυτότροπα πρέπει να μετατρέψουν την ηλιακή ενέργεια σε γλυκόζη μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται φωτοσύνθεση.

Η φωτοσύνθεση μετατρέπει την ελαφριά ενέργεια σε χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στους μοριακούς δεσμούς της γλυκόζης. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε χλωροπλάστες. Ένα φυτό χρησιμοποιεί τα μόρια γλυκόζης για να δημιουργήσει σύνθετους υδατάνθρακες - άμυλο και κυτταρίνη - και άλλα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται να αναπτυχθεί και να αναπαραχθεί. Η φωτοσύνθεση καθιστά έτσι δυνατή τη μετατροπή της ελαφριάς ενέργειας σε μια μορφή ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τροφή, τόσο από το φυτό όσο και από τα ζώα που τρώνε το φυτό.

Η φωτοσύνθεση μπορεί να αναπαρασταθεί με την ακόλουθη απλοποιημένη εξίσωση:

6 CO₂ (διοξείδιο του άνθρακα) + 6 H₂O (νερό) → C₆Η₁₂Ο₆ (γλυκόζη) + 6 O₂ (οξυγόνο)

•••Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images

Η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε δύο βήματα - ένα που εξαρτάται από το φως και ένα ανεξάρτητο από το φως.

ο ελαφριές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης ξεκινά όταν το φως από τον ήλιο χτυπά ένα κύτταρο με έναν χλωροπλάστη, συνήθως στα φύλλα των φυτών. Η χλωροφύλλη, η πράσινη χρωστική ουσία μέσα σε έναν χλωροπλάστη, απορροφά σωματίδια ελαφριάς ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Ένα απορροφημένο φωτόνιο ξεκινά μια ακολουθία χημικών αντιδράσεων που δημιουργούν δύο τύπους ενώσεων υψηλής ενέργειας, το ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) και το NADPH (φωσφορικό δινουκλεοτιδικό νικοτιναμίδιο αδενίνης).

Αυτές οι ενώσεις αργότερα χρησιμοποιούνται στην κυτταρική αναπνοή προκειμένου να δημιουργήσουν περισσότερη χρησιμοποιήσιμη ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ.

Εκτός από την ελαφριά ενέργεια, οι αντιδράσεις φωτός απαιτούν επίσης νερό. Κατά τη φωτοσύνθεση, τα μόρια του νερού χωρίζονται σε ιόντα υδρογόνου και οξυγόνο. Το υδρογόνο καταναλώνεται από την αντίδραση και τα εναπομένοντα άτομα οξυγόνου απελευθερώνονται από τον χλωροπλάστη ως αέριο οξυγόνο (O2).

ο ανεξάρτητο από το φως μέρος της φωτοσύνθεσης είναι επίσης γνωστό ως Κύκλος Calvin. Χρήση των μορίων που παράγονται στις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως - ATP για ενέργεια και NADPH για ηλεκτρόνια - το Calvin Ο κύκλος χρησιμοποιεί μια κυκλική σειρά βιοχημικών αντιδράσεων για τη μετατροπή έξι μορίων διοξειδίου του άνθρακα σε μόριο γλυκόζη.

Κάθε βήμα του κύκλου Calvin έχει ένα ένζυμο που καταλύει την αντίδραση.

Οι πρώτες ύλες για τη φωτοσύνθεση βρίσκονται φυσικά στο περιβάλλον. Τα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα, νερό από το έδαφος και φως από τον ήλιο και τα μετατρέπουν σε οξυγόνο και υδατάνθρακες. Αυτό κάνει χλωροπλάστες οι πιο αποτελεσματικοί καταναλωτές στον κόσμο και οι παραγωγοί καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας.

Εξασφαλίζει επίσης την ανακύκλωση άνθρακα και οξυγόνου στο περιβάλλον. Χωρίς φωτοσύνθεση από φυτά και φύκια, δεν θα υπήρχε τρόπος ανακύκλωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε αναπνεύσιμο οξυγόνο.

Γι 'αυτό η αποψίλωση των δασών και κλιματική αλλαγή είναι τόσο επιζήμιες για το περιβάλλον: χωρίς μάζες από φύκια, δέντρα και άλλα φυτά για τη δημιουργία οξυγόνου και την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα, CO₂ τα επίπεδα θα αυξηθούν. Αυτό αυξάνει την παγκόσμια θερμοκρασία, διακόπτει τους κύκλους ανταλλαγής αερίων και μπορεί γενικά να βλάψει το περιβάλλον.