Хлоропласты - это оригинальные «зеленые» трансформаторы солнечной энергии. Эти крошечные органеллы, обнаруженные только в клетках растений и водорослей, используют энергию солнца для преобразования углекислого газа и воды в глюкозу и кислород. Дэн Дженк, научный сотрудник Института биодизайна Университета штата Аризона, описывает процесс следующим образом: «… Растения достигают вершины скупости, собирая почти каждый фотон доступной световой энергии для производства еда."
В этой статье мы рассмотрим общий процесс фотосинтез, как функционирует хлоропласт и как он использует химические вещества и солнце для производства глюкозы.
Химический потенциал энергии
Энергия, которая хранится в молекулярной связи, называется «химической потенциальной энергией». Когда химическая связь разрушается, например, когда молекула крахмала съедается, а затем расщепляется в пищеварительной системе животного, энергия выпущенный. Всем организмам для выживания нужна энергия.
Основная молекула, используемая для получения энергии в живых организмах, называется
АТФ. АТФ генерируется в клетках через глюкозу и сложные метаболические пути. Однако, чтобы получить глюкозу, растения, водоросли и другие автотрофы должны преобразовывать солнечную энергию в глюкозу с помощью процесса, называемого фотосинтезом.Фотосинтез: реакция
Фотосинтез преобразует световую энергию в химическую энергию, которая хранится в молекулярных связях глюкозы. Этот процесс происходит в хлоропластах. Растение использует молекулы глюкозы для создания сложных углеводов - крахмала и целлюлозы - и других питательных веществ, необходимых для роста и воспроизводства. Таким образом, фотосинтез позволяет преобразовывать световую энергию в форму энергии, которая может использоваться в пищу как растениями, так и животными, которые поедают это растение.
Фотосинтез можно представить следующим упрощенным уравнением:
6 CO2 (углекислый газ) + 6 H2O (вода) → C6ЧАС12О6 (глюкоза) + 6 O2 (кислород)
•••Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images
Фотосинтез и функция хлоропластов: как это работает
Фотосинтез происходит в два этапа - один светозависимый а также один светонезависимый.
В легкие реакции фотосинтеза начинаются, когда солнечный свет попадает на клетку с хлоропластом, обычно в клетках листьев растений. Хлорофилл, зеленый пигмент внутри хлоропласта, поглощает частицы световой энергии, называемые фотонами. Поглощенный фотон инициирует последовательность химических реакций, которые создают два типа высокоэнергетических соединений: АТФ (аденозинтрифосфат) и НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).
Эти соединения позже используются в клеточном дыхании для создания более полезной энергии в форме АТФ.
Помимо световой энергии, для световых реакций также требуется вода. Во время фотосинтеза молекулы воды расщепляются на ионы водорода и кислород. Водород потребляется в реакции, а оставшиеся атомы кислорода высвобождаются из хлоропласта в виде газообразного кислорода (O2).
Светонезависимые реакции
В светонезависимый часть фотосинтеза также известна как Цикл Кальвина. Использование молекул, образующихся в светозависимых реакциях - АТФ для энергии и НАДФН для электронов - метод Кальвина цикл использует циклическую серию биохимических реакций для преобразования шести молекул углекислого газа в молекулу глюкоза.
На каждом этапе цикла Кальвина есть фермент, который катализирует реакцию.
Функция хлоропластов и зеленая энергия
Сырье для фотосинтеза естественным образом находится в окружающей среде. Растения поглощают углекислый газ из воздуха, воду из почвы и солнечный свет и превращают их в кислород и углеводы. Это делает хлоропласты самые эффективные в мире потребители и производители чистой возобновляемой энергии.
Это также обеспечивает круговорот углерода и кислорода в окружающей среде. Без фотосинтеза растений и водорослей не было бы никакого способа переработать углекислый газ в пригодный для дыхания кислород.
Вот почему вырубка лесов и изменение климата настолько вредны для окружающей среды: без множества водорослей, деревьев и других растений, которые создают кислород и уносят углекислый газ, CO2 уровни будут увеличиваться. Это увеличивает глобальную температуру, нарушает циклы газообмена и в целом может нанести вред окружающей среде.