Koje reči vezujete za nebo? I kako to da nijedna od njih nije otrov?
Ne, ovo nije priča o zagađenju vazduha. Danas je glavni junak kiseonik, onaj bez kojeg je nemoguće zamisliti život. Međutim, u vremenu u kojem život i dalje postoji samo u vodi, Zemljinu atmosferu tek postepeno ispunjava ovaj reaktivni gas bez boje i mirisa. Ispostavlja se da je opasan po organizme koji naseljavaju plavu planetu. Naime, zbog svojih hemijskih osobina, kiseonik ima mogućnost raskidanja veza u drugim molekulima, čime nastaju reaktivne kiseonične vrste – slobodni radikali kiseonika.
Ova jedinjenja su izuzetno nestabilna i reagovaće čak i sa biomolekulima, oštećujući na kraju i samu DNK.
Dakle, kiseonik je prepreka koju je potrebno preći ukoliko želite da živite na kopnu, pa organizmi koji su otporniji na oksidativni stres imaju veliku evolutivnu prednost. Ali kako je ta prepreka uopšte nastala, otkud kiseonik u tolikim količinama u atmosferi?
Tekst ,,Štampa bez granica’ možete naći OVDE.
Predstavljamo vam najveću fabriku na svetu – hloroplast, prečnika 4-6 mikrometara. Ako mislite da to i nije neka veličina, pokušajte da izračunate ukupnu dužinu koju biste dobili ako poređate sve hloroplaste na svetu u jedan red. Imajući u vidu da u prosečnoj fotosintetičkoj ćeliji biljke postoji oko 100 hloroplasta, već možemo pretpostaviti da je stvarna veličina fabrike kiseonika nesaglediva.
Tekst ,,Koliko znate o plastici?” možete naći OVDE.
U našoj fotosintetičkoj fabrici nema pokretnih traka niti umornih radnika, već je prisutna složena molekularna mašina koja omogućava život svim aerobnim organizmima na zemlji. Fotosinteza, glavni proizvodni proces ove fabrike, glavni je krivac za promene koje su nastale na Zemlji od trenutka kada je život nastao do trenutka kada je njome hodalo prvo ljudsko biće.
Kako bismo bolje razumeli kako fotosintetička fabrika radi, pratićemo kretanje njenih sirovina – sve počinje od svetlosne energije poreklom od Sunca. Kada bela svetlost (koja sadrži sve talasne dužine vidljivog dela spektra) dospe do listova, oni će propustiti one zrake svetlosti čija talasna dužina odgovara onome što mi vidimo kao zelenu boju (zato su i listovi zeleni). Plavi i crveni zraci, međutim, biće upijeni i postaće izvor energije za početak fotosinteze. Šta se tu zapravo dešava?
U svakom hloroplastu postoji veliki broj molekula hlorofila, pigmenta koji daje listovima boju.
Ovi molekuli organizovani su u dva; „paketa” na unutrašnjoj membrani hloroplasta (fotosistemi 1 i 2), glavne solarne kolektore biljne ćelije. Svetlosna energija koju hlorofilu donose fotoni prenosi se na elektrone u molekulu hlorofila, što te elektrone ekscituje tj. dovodi na viši energetski nivo. Ekscitovani elektroni su nestabilni, pa se zato prenose na akceptore (jedinjenja koja imaju afinitet ka prijemu elektrona).
Niz akceptora koji postoji na unutrašnjoj membrani hloroplasta naziva se elektron-transportni lanac.
Na kraju elektron-transportnog lanca nalazi se krajnji akceptor elektrona – koenzim koji će energiju potrebnu za narednu fazu fotosinteze u vidu elektrona preneti dalje. U isto vreme, prenos elektrona koristi se kao izvor energije za nagomilavanje vodonikovih jona sa unutrašnje strane membrane, što stvara veliki elektrohemijski potencijal.
Ovi joni teže da pređu na drugu stranu membrane gde je „manja gužva”, pri čemu je jedini način da to urade prolazak kroz unutrašnji deo enzima ATP-aze. Ovaj enzim koristi energiju prolaska jona da, u procesu koji se naziva fotofosforilacija, stvori ATP (adenozin-trifosfat), molekul bogat hemijskom energijom. Međutim, ako je ovo ceo proces transformacije svetlosne energije u hemijsku, zašto postoje dva fotosistema?
Tekst ,,Koliko nas košta jeftina odeća?” možete naći OVDE.
Odgovor leži u sledećem – nakon što otpusti elektron, hlorofil u fotosistemu 1 se oksiduje.
To znači da mu pod tim uslovima nedostaje elektron, onaj koji je predao prvom akceptoru u lancu. Fotosistem 1 će onda, kako bi nadomestio ono što je izgubio, „pozajmiti” elektron od fotosistema 2 putem drugog elektron-transportnog lanca. Tako hlorofil u fotosistemu 2 ostaje bez svog elektrona, pa ga nabavlja iz vode. Ovaj proces se naziva fotoliza – energija fotona „cepa” vodu na 3 komponente – vodonikove jone, koji se vezuju za redukovani koenzim, elektrone koje preuzima hlorofil i elementarni kiseonik – prvi značajan proizvod fotosintetičke fabrike.
Ono što nam na kraju ovog dela procesa preostaje su sporedni proizvodi (redukovani koenzim, ATP) i neiskorišćen tip resursa (ugljen-dioksid), koji su glavne polazne komponente sledeće faze – Kalvinovog ciklusa. Na početku ove faze se ugljen-dioksid iz vazduha fiksira za jedinjenje po imenu ribuloza-1,5-bifosfat, u procesu koji se naziva karboksilacija. Ovo je moguće zahvaljujući enzimu koji se zove rubisko (eng. Rubisco), a za koji se smatra da je jedan od najrasprostranjenijih u prirodi.
Dobijeno jedinjenje je nestabilno i odmah po nastavku se raspada na 2 molekula fosfoglicerinske kiseline.
Ovom jedinjenju se zatim dodaje fosfatna grupa poreklom od ATP koja mu donosi dodatnu energiju. Zatim se ono redukuje prenosom elektrona sa koenzima. Od molekula nastalih na taj način, jedan atom ugljenika će se ugraditi u šećer koji se sintetiše a preostali upotrebiti za regeneraciju ribuloza-1,5-bifosfata, čime se ciklus ponovo dovodi u početno stanje. Potrebno je da se ciklus ponovi 6 puta kako bi se sintetisao jedan molekul glukoze od 6 ugljenikovih atoma, drugi proizvod fotosintetičke fabrike.
Dakle, fotosinteza nije samo ugljen-dioksid + voda -> šećer + kiseonik. Fotosinteza je mnogo više, skup neverovatno kompleksnih molekularnih mašina koje zajedno čine male solarne elektrane, elektrane koje su u stanju da snabdevaju celu planetu onime što je potrebno njenim malim i velikim stanovnicima. Hajde da učinimo sve što možemo – hajde da ne zatvaramo fabrike koje savršeno dobro rade.
Tekst ,,Dan kada je Nijagara presušila” možete naći OVDE.
Autor: Tea Danilović – Ekoblog
