במה משתמשים כלורופלסטים לייצור גלוקוז?

כלורופלסטים הם שנאי כוח השמש "הירוקים" המקוריים. אברונים זעירים אלה, הנמצאים רק בתאי הצמחים והאצות, משתמשים באנרגיה מהשמש כדי להמיר פחמן דו חמצני ומים לגלוקוז וחמצן. דן ג'נק, סופר מדעים של מכון הביו-דיזיין באוניברסיטת אריזונה, מתאר את התהליך באופן הבא, "... צמחים מתקרבים לשיא הקמצנות על ידי ניקוי כמעט כל פוטון של אנרגיית אור זמינה לייצר מזון."

במאמר זה נעבור על התהליך הכללי של פוטוסינתזה, איך הכלורופלסט מתפקד, ואיך זה עובד להשתמש בכניסות כימיות ובשמש לייצור גלוקוז.

אנרגיה המאוחסנת בתוך קשר מולקולרי מכונה "אנרגיה פוטנציאלית כימית". כאשר קשר כימי הוא שבור, כגון כאשר מולקולת עמילן נאכלת ואז מתפרקת במערכת העיכול של בעל חיים, האנרגיה היא מְשׁוּחרָר. כל האורגניזמים זקוקים לאנרגיה כדי לשרוד.

המולקולה העיקרית המשמשת לאנרגיה באורגניזמים חיים נקראת ATP. ATP נוצר בתאים באמצעות גלוקוז ונתיבים מטבוליים מורכבים. על מנת לקבל גלוקוז, צמחים, אצות ואוטוטרופים אחרים חייבים להמיר אנרגיה סולארית לגלוקוז באמצעות תהליך הנקרא פוטוסינתזה.

פוטוסינתזה ממירה אנרגיית אור לאנרגיה כימית המאוחסנת בקשרים המולקולריים של גלוקוז. תהליך זה מתרחש בכלורופלסטים. צמח משתמש במולקולות הגלוקוז כדי ליצור פחמימות מורכבות - עמילן ותאית - ובחומרים מזינים אחרים הדרושים לו כדי לגדל ולהתרבות. פוטוסינתזה מאפשרת אפוא להמיר אנרגיית אור לצורת אנרגיה שיכולה לשמש למאכל, הן על ידי הצמח והן על ידי בעלי החיים שאוכלים את הצמח.

ניתן לייצג פוטוסינתזה על ידי המשוואה הפשוטה הבאה:

6 CO₂ (פחמן דו חמצני) + 6 ח '₂O (מים) → C₆ה₁₂או₆ (גלוקוז) + 6 O₂ (חַמצָן)

•••Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images

פוטוסינתזה מתרחשת בשני שלבים - תלוי אור אחד ו אחד בלתי תלוי באור.

ה תגובות קלות של פוטוסינתזה מתחילה כאשר אור השמש פוגע בתא עם כלורופלסט, בדרך כלל בתאי עלים של צמחים. כלורופיל, הפיגמנט הירוק בתוך כלורופלסט, סופג חלקיקי אנרגיית אור הנקראים פוטונים. פוטון נספג יוזם רצף של תגובות כימיות היוצרים שני סוגים של תרכובות בעלות אנרגיה גבוהה, ATP (אדנוזין טריפוספט) ו- NADPH (ניקוטינאמיד אדנין פוספט דינוקליאוטיד).

מאוחר יותר משתמשים בתרכובות אלו בנשימה תאית במטרה ליצור אנרגיה שמישה יותר בצורה של ATP.

בנוסף לאנרגיית האור, תגובות האור דורשות גם מים. במהלך הפוטוסינתזה, מולקולות מים מפוצלות ליוני מימן וחמצן. המימן נצרך על ידי התגובה, ושאריות אטומי חמצן משתחררות מהכלורופלסט כגז חמצן (O2).

ה בלתי תלוי באור חלק מהפוטוסינתזה מכונה גם מחזור קלווין. שימוש במולקולות המיוצרות בתגובות תלויות האור - ATP לאנרגיה ו- NADPH לאלקטרונים - הקלווין מחזור משתמש בסדרה מחזורית של תגובות ביוכימיות כדי להמיר שש מולקולות של פחמן דו חמצני למולקולה של גלוקוז.

לכל שלב במחזור קלווין יש אנזים שמזרז את התגובה.

חומרי הגלם לפוטוסינתזה נמצאים באופן טבעי בסביבה. צמחים סופחים פחמן דו חמצני מהאוויר, מים מהאדמה, ואור מהשמש והופכים אותם לחמצן ופחמימות. זה עושה כלורופלסטים הצרכנים והיצרנים היעילים ביותר בעולם של אנרגיה נקייה ומתחדשת.

זה גם מבטיח מחזור של פחמן וחמצן בסביבה. ללא פוטוסינתזה מצמחים ואצות, לא תהיה שום דרך למחזר פחמן דו חמצני לחמצן נושם.

בגלל זה כריתת יערות ו שינוי אקלים פוגעים כל כך בסביבה: ללא המוני אצות, עצים וצמחים אחרים כדי ליצור חמצן ולסלק פחמן דו חמצני, CO₂ רמות יגדלו. זה מגביר את הטמפרטורה הגלובלית, משבש את מחזורי חילופי הגז ובדרך כלל עלול לפגוע בסביבה.