Hloroplasti ir oriģinālie “zaļie” saules enerģijas transformatori. Šie sīkie organelli, kas atrodas tikai augu un aļģu šūnās, izmanto saules enerģiju, lai oglekļa dioksīdu un ūdeni pārvērstu glikozē un skābeklī. Arizonas štata universitātes Biodizaina institūta zinātnes rakstnieks Dens Dženks procesu raksturo šādi: “… Augi tuvojas skopuma virsotnei, sūcot gandrīz visus saražotās pieejamās gaismas enerģijas fotonus ēdiens."
Šajā rakstā mēs apskatīsim vispārējo procesu fotosintēze, kā darbojas hloroplasts un kā darbojas, izmantojot glikozes iegūšanai ķīmiskās izejvielas un sauli.
Ķīmiskā potenciālā enerģija
Enerģiju, kas tiek uzkrāta molekulārajā saitē, sauc par “ķīmisko potenciālo enerģiju”. Kad ķīmiskā saite ir salauzta, piemēram, kad cietes molekula tiek apēsta, tad sadalīta dzīvnieka gremošanas sistēmā, enerģija ir izlaists. Visiem organismiem ir vajadzīga enerģija, lai izdzīvotu.
Tiek saukta galvenā molekula, ko izmanto enerģijai dzīvajos organismos ATP. ATP šūnās tiek veidots, izmantojot glikozi un sarežģītus vielmaiņas ceļus. Tomēr, lai iegūtu glikozi, augiem, aļģēm un citiem autotrofiem saules enerģija jāpārvērš glikozē, izmantojot procesu, ko sauc par fotosintēzi.
Fotosintēze: reakcija
Fotosintēze gaismas enerģiju pārvērš ķīmiskajā enerģijā, kas tiek uzkrāta glikozes molekulārajās saitēs. Šis process notiek hloroplastos. Augs izmanto glikozes molekulas, lai radītu sarežģītus ogļhidrātus - cieti un celulozi - un citas uzturvielas, kas nepieciešamas augšanai un pavairošanai. Fotosintēze tādējādi ļauj pārveidot gaismas enerģiju par enerģijas veidu, ko var izmantot pārtikā gan augs, gan dzīvnieki, kuri ēd augu.
Fotosintēzi var attēlot ar šādu vienkāršoto vienādojumu:
6 CO2 (oglekļa dioksīds) + 6 H2O (ūdens) → C6H12O6 (glikoze) + 6 O2 (skābeklis)
•••Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images
Fotosintēze un hloroplastu funkcija: kā tas darbojas
Fotosintēze notiek divos posmos - viens no gaismas atkarīgs un viens no gaismas neatkarīgs.
The gaismas reakcijas fotosintēzes process sākas, kad saules gaisma triecas šūnā ar hloroplastu, parasti augu lapu šūnās. Hlorofils, zaļais pigments hloroplasta iekšienē, absorbē gaismas enerģijas daļiņas, ko sauc par fotoniem. Absorbētais fotons sāk ķīmisko reakciju secību, kas rada divu veidu augstas enerģijas savienojumus, ATP (adenozīna trifosfātu) un NADPH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfātu).
Šie savienojumi vēlāk tiek izmantoti šūnu elpošanā, lai radītu vairāk izmantojamas enerģijas ATP formā.
Gaismas reakcijām papildus gaismas enerģijai nepieciešams arī ūdens. Fotosintēzes laikā ūdens molekulas tiek sadalītas ūdeņraža jonos un skābeklī. Reakcijā tiek patērēts ūdeņradis, un atlikušie skābekļa atomi tiek atbrīvoti no hloroplasta kā skābekļa gāze (O2).
No gaismas neatkarīgas reakcijas
The neatkarīgs no gaismas fotosintēzes daļa ir pazīstama arī kā Kalvina cikls. Izmantojot no gaismas atkarīgās reakcijās iegūtās molekulas - ATP enerģijai un NADPH elektroniem - Calvin ciklā izmanto bioķīmisko reakciju ciklisku virkni, lai sešas oglekļa dioksīda molekulas pārveidotu par glikoze.
Katrā Kalvina cikla posmā ir ferments, kas katalizē reakciju.
Hloroplasta funkcija un zaļā enerģija
Izejvielas fotosintēzei dabiski atrodamas vidē. Augi absorbē oglekļa dioksīdu no gaisa, ūdeni no augsnes un saules gaismu un pārveido tos par skābekli un ogļhidrātiem. Tas padara hloroplasts pasaules visefektīvākie tīras, atjaunojamas enerģijas patērētāji un ražotāji.
Tas arī nodrošina oglekļa un skābekļa apriti vidē. Bez augu un aļģu fotosintēzes nebūtu nekāda veida pārstrādāt oglekļa dioksīdu elpojošā skābeklī.
Tāpēc mežu izciršana un klimata izmaiņas ir tik kaitīgi videi: bez aļģu, koku un citu augu masām, lai radītu skābekli un aizvestu oglekļa dioksīdu, CO2 līmenis palielināsies. Tas paaugstina globālo temperatūru, izjauc gāzes apmaiņas ciklus un parasti var kaitēt videi.