Активност ензима у фотосинтези

Садржај

• Шта је фотосинтеза?
• Једнаџба фотосинтезе
• Фотосинтеза вс ћелијска респирација
• Структура биљака
• Структура биљне ћелије
• Тхе Цхлоропласт
• Светлосне реакције
• Мрачне реакције
• Уђите у Рубисцо

Фотосинтеза се може дефинитивно означити као најважнија реакција у целој биологији. Прегледајте било који мрежни материјал или систем протока енергије у свету и видећете да се на крају ослања на енергију сунца за супстанце које одржавају организме у њему. Животиње се ослањају и на храњиве материје (угљене хидрате), и на кисеоник који ствара фотосинтеза, јер чак и животиње које добијају сву исхрану претензијама на друге животиње, нагађају организми који једу углавном или искључиво на биљкама.

Из фотосинтезе тече сви остали процеси размене енергије који се примећују у природи. Попут гликолизе и реакција ћелијског дисања, фотосинтеза има мноштво корака, ензима и јединствених аспеката које треба размотрити, и разумевање улога које специфични катализатори фотосинтезе играју у ономе што претвара претворбу светлости и гаса у храну од пресудног је значаја за савладавање основна биохемија.

Шта је фотосинтеза?

Фотосинтеза је имала неке везе са производњом последње ствари коју сте појели, ма шта то било. Ако је била на биљној основи, тврдња је јасна. Ако се радило о хамбургеру, месо је готово сигурно потицало од животиње која је готово подсећала на биљкама. Ако посматрамо нешто другачије, ако се сунце данас угаси без да се свет охлади, што би довело до тога да биљке постану оскудне, светска опскрба храном ускоро би нестала; биљке, које очигледно нису предатори, налазе се на самом дну било ког ланца исхране.

Фотосинтеза се традиционално дели на светлосне и тамне. Обје реакције у фотосинтези играју критичну улогу; први се ослањају на присуство сунчеве светлости или друге светлосне енергије, док други не зависе од производа светлосне реакције са супстром за рад. У светлосним реакцијама стварају се енергетски молекули којима биљка треба да сакупи угљене хидрате, док сама синтеза угљених хидрата настаје у тамним реакцијама. То је на неки начин слично аеробном дисању, где Кребсов циклус, иако није главни директни извор АТП-а (аденосин трифосфат, „енергетска валута“ свих ћелија), ствара велики број посредних молекула који покрећу стварање много АТП-а у каснијим реакцијама у транспортном ланцу електрона.

Критични елемент у биљкама који им омогућава да спроведу фотосинтезу јесте хлорофил, супстанца која се налази у јединственим структурама које се називају хлоропласти.

Једнаџба фотосинтезе

Мрежна реакција фотосинтезе заправо је врло једноставна. То каже угљен диоксид и вода се у присуству светлосне енергије током процеса претварају у глукозу и кисеоник.

6 ЦО₂ + светло + 6 Х₂О → Ц₆Х₁₂О₆ + 6 О₂

Укупна реакција је збир од светлосне реакције и тхе мрачне реакције фотосинтезе:

Светлосне реакције: 12 Х₂О + светло → О₂ + 24 Х⁺ + 24е⁻

Тамне реакције: 6ЦО₂ + 24 Х⁺ + 24 е⁻ → Ц₆Х₁₂О₆ + 6 Х₂О

Укратко, светлосне реакције користе сунчеву светлост да би застрашиле електроне које биљка потом каналише у храну (глукозу). Како се то дешава у пракси добро је проучено и свједочи о милијардама година биолошке еволуције.

Фотосинтеза вс ћелијска респирација

Честа заблуда међу људима који проучавају науке о животу је да је фотосинтеза једноставно ћелијско дисање обрнуто. То је разумљиво, с обзиром на то да нето реакција фотосинтезе изгледа баш као ћелијско дисање - почевши од гликолизе и завршавајући аеробним процесима (Кребсов циклус и ланац транспорта електрона) у митохондријама - тече управо обрнуто.

Међутим, реакције које трансформишу угљен диоксид у глукозу у фотосинтези су далеко другачије од оних које се користе да би се глукоза смањила на угљен диоксид у ћелијском дисању. Биљке, имајте на уму, такође користе ћелијско дисање. Хлоропласти нису „митохондрије биљака“; биљке такође имају митохондрије.

Замислите фотосинтезу као нешто што се догађа углавном зато што биљке немају уста, а ипак се ослањају на сагоревање глукозе као храњивог састојка како би направили сопствено гориво. Ако биљке не могу гутати глукозу и даље јој је потребно непрекидно снабдевање, тада морају да раде наизглед немогуће и да их саме направе. Како биљке праве храну? Они користе спољно светло да би покренули мале електране у себи да то ураде. То што они могу учинити у великој мјери зависи од тога како су заправо структурирани.

Структура биљака

Конструкције које имају велику површину у односу на своју масу су добро постављене да ухвате велику количину сунчеве светлости која пролази њиховим путем. Због тога биљке имају лишће. Чињеница да су листови обично најзеленији део биљака резултат је густине хлорофила у лишћу, јер ту се ради на фотосинтези.

Листови су на својим површинама еволуирали поре назване стомата (једнина: стома). Ови отвори су средства помоћу којих лист може контролисати улазак и излазак ЦО₂, која је потребна за фотосинтезу и О₂, који је отпадни поступак процеса. (Супротно је размишљању о кисеонику као отпаду, али у овом окружењу, строго говорећи, то је оно што јест.)

Ове стомаке такође помажу листу да регулише свој садржај воде. Кад је воде обилно, листови су крутији и „надувани“, а стомати су склони да остану затворени. Супротно томе, када је воде мало, стомаке се отварају настојећи да лист помогне да се сам храни.

Структура биљне ћелије

Биљне ћелије су еукариотске ћелије, што значи да имају четири структуре заједничке свим ћелијама (ДНК, ћелијску мембрану, цитоплазму и рибосоме) и низ специјализованих органела. Међутим, биљне ћелије, за разлику од животињских и других еукариотских ћелија, имају ћелијске зидове, као што су бактерије, али изграђене коришћењем различитих хемикалија.

Биљне ћелије такође имају језгре, а њихове органеле укључују митохондрије, ендоплазматски ретикулум, Голгијева тела, цитоскелет и вакуоле. Али критична разлика између ћелија биљке и других еукариотских ћелија је та што биљне ћелије садрже хлоропласти.

Тхе Цхлоропласт

У биљним ћелијама су органеле зване хлоропласти. Као и митохондрије, верује се да су они уграђени у еукариотске организме релативно рано у еволуцији еукариота, са ентитетом који је предодређен да постане хлоропласт, а који би тада постојао као прокариот који проводи самосталну фотосинтезу.

Хлоропласт је, као и све органеле, окружен двоструком плазма мембраном. Унутар ове мембране је строма, која делује слично као цитоплазма хлоропласта. Такође се у хлоропластима налазе тела која се називају тилакоид, а која су распоређена попут гомиле новчића и затворена мембраном.

Хлорофил се сматра „пигментом фотосинтезе, али постоји неколико различитих врста хлорофила, а у фотосинтези учествују и пигменти, осим хлорофила. Главни пигмент који се користи у фотосинтези је хлорофил А. Неки нехлорофилни пигменти који учествују у фотосинтетским процесима су црвене, браон или плаве боје.

Светлосне реакције

Светлосне реакције фотосинтезе користе светлосну енергију за истискивање атома водоника из молекула воде, при чему ови атоми водоника, погоњени протоком електрона који се на крају ослобађа долазном светлошћу, користе за синтезу НАДПХ и АТП, који су потребни за следеће тамне реакције.

Светлосне реакције се јављају на тилакоидној мембрани, унутар хлоропласта, у биљној ћелији. Они настају када светло удари у протеин-хлорофилни комплекс зван фотосистем ИИ (ПСИИ). Овај ензим је оно што ослобађа атоме водоника из молекула воде. Кисеоник у води је тада слободан, а електрони ослобођени у том процесу су везани за молекул који се зове пластокинол, претварајући га у пластохинон. Овај молекул заузврат преноси електроне у ензимски комплекс зван цитохром б6ф. Овај цтиб6ф узима електроне из пластохинона и премешта их у пластоцијанин.

У овом тренутку, фотосистем И (ПСИ) улази на посао. Овај ензим узима електроне из пластоцијанина и веже их на једињење које садржи гвожђе звано ферредоксин. Најзад, ензим назван ферредоксин – НАДП⁺редуктаза (ФНР) да би се НАДПХ направио од НАДП⁺. Сва ова једињења не требате да запамтите, али важно је имати осећај каскадне, „предаје“ природе реакција.

Такође, када ПСИИ ослобађа водоник из воде да би покренуо горње реакције, неки од тог водоника обично желе да напусти тилакоид због строме, низ његов градијент концентрације. Тилакоидна мембрана користи овај природни одлив користећи га како би напајала АТП пумпу синтазе у мембрани, која веже фосфатне молекуле на АДП (аденосин-дифосфат) и ствара АТП.

Мрачне реакције

Мрачне реакције фотосинтезе су тако назване јер се не ослањају на светлост. Међутим, могу се појавити када је присутно светло, па је тачније, ако је много незгодније, име "реакције независно од светлостиДа бисте разјаснили ствари, мрачне реакције су заједно познате и као Цалвин циклус.

Замислите да, када удишете ваздух у плућа, угљендиоксид у том ваздуху може проћи кроз ваше ћелије, који би га потом искористио да би направио исту супстанцу која је резултат твог разбијања хране коју једете. У ствари, због тога никад не бисте морали јести. Ово је у суштини живот биљке која користи ЦО₂ она се сакупља из околине (која је углавном последица метаболичких процеса других еукариота) да би направила глукозу коју затим складишти или сагорева за своје потребе.

Већ сте видели да фотосинтеза почиње избацивањем атома водоника без воде и употребом енергије из тих атома да би се направили неки НАДПХ и неки АТП. Али до сада није поменуто друго улагање у фотосинтезу, ЦО2. Сада ћете видети зашто је све то НАДПХ и АТП сакупљено у првом реду.

Уђите у Рубисцо

У првом кораку тамних реакција, ЦО2 се веже на дериват шећера са пет угљеника назван рибулоза 1,5-бисфосфат. Ову реакцију катализује ензим рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза / оксигеназа, много познатији као Рубисцо. Сматра се да је овај ензим најбројнији протеин на свету, с обзиром да је присутан у свим биљкама које пролазе фотосинтезу.

Овај интермедијар са шест угљеника је нестабилан и дели се на пар молекула три угљеника који се називају фосфоглицерат. Затим их фосфорилира ензим киназа да би се добио 1,3-бисфосфоглицерат. Овај молекул се затим претвара у глицералдехид-3-фосфат (Г3П), ослобађајући молекуле фосфата и трошећи НАПДХ добијене светлосним реакцијама.

Г3П створен у тим реакцијама може се затим пребацити на више различитих путева, што резултира стварањем глукозе, аминокиселина или липида, у зависности од специфичних потреба биљних ћелија. Биљке такође синтетишу полимере глукозе који у људској исхрани доприносе скробу и влакнима.