Чтобы ответить на этот вопрос, нам надо понять, чем растения заняты. Главное занятие растения, кроме размножения, это естественно - покушать. Питаются растения, грубо говоря, солнцем - фотосинтезируют. Во время фотосинтеза растения окисляют воду, то есть вода отдаёт электроны углекислому газу, который восстанавливается. В результате вода превращается в кислород, а углекислый газ - в сахар, глюкозу. Молекула глюкозы - это энергия в твёрдой форме, которую "можно пощупать". Всё происходит внутри особой органеллы растительной клетки - хлоропласта, который можно назвать накопителем энергии. Внутри хлоропластов имеются тилакоидные мембраны, внутри которых имеется светопоглощающий пигмент - хлорофилл. Именно он делает растения зелёными. Хлорофилл поглощает энергию волн синей и красной частей электромагнитного спектра и отражает волны зелёного света, благодаря чему растения приобретают зелёный цвет.
Фотосинтез можно разделить на две основные стадии: светозависимые и светонезависимые реакции. Во время светозависимой фазы внутри тилакоидной мембраны хлорофилл поглощает энергию световых волн, которая преобразуется в химическую энергию в виде молекул АТФ и НАДФН. АТФ (аденозинтрифосфат) можно назвать энергетической валютой клеток, которой оплачиваются многие клеточные процессы. НАДФН (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) является молекулой-помощником, которая переносит электроны и энергию. Светонезависимая фаза, ещё именуемая циклом Кальвина, протекает в строме - пространстве между мембранами тилакоидов и хлоропластов. Во время неё молекулами АТФ и НАДФН оплачивается сборка углеводных молекул, таких как глюкоза. То есть энергия из АТФ передаётся на склад и сохраняется внутри молекулы глюкозы.
Без солнечного света растения не могут проводить световую половину фотосинтеза. Поэтому в тёмное время суток эти реакции, по сути, «спят». А раз световые реакции спят, то и темновые реакции тоже отдыхают. Ночью фотосинтетические клетки выживают за счёт потребления некоторых промежуточных продуктов, образующихся в течение дня. Но вот встаёт солнышко, и световые процессы запускаются, а ферменты цикла Кальвина просыпаются гораздо медленнее. Из-за неактивности цикла Кальвина накапливаются электроны, которые некому передать, поэтому их отдают молекулам кислорода. Но кислород коварное вещество, так как, получая лишние электроны, он превращается в реактивный вид кислорода (РВК), который токсичен для всего живого. Но растения переживали этот переход от ночи к дню на протяжении миллионов поколений и научились справляться с РВК.
Растения не единственные, которые умеют фотосинтезировать; это могут и цианобактерии. Именно на них учёные узнали, как именно организм спасается от РВК. Они накапливают углерод, полученный в течение дня, в виде крупных молекул сахара, которые могут быть расщеплены для получения энергии с помощью пентозофосфатного пути (ОПФ). Оказалось, что путь ОПФ активен не только ночью, но и днём, когда он помогает цианобактериям и растениям пережить запуск цикла Кальвина. Путь ОПФ использует крупные молекулы сахара, расходует электроны. Этот метаболический путь может забрать электроны из световых реакций, прежде чем они смогут произвести реактивный вид кислорода и повредить клетку. Путь ОПФ также работает будильником для ферментов цикла Кальвина.
Источники:
educationточкаnationalgeographicточкаorg/resource/photosynthesis/
Townsend H, Imes A and Wang X (2022) How Does Photosynthesis Wake up in the Morning?. Front. Young Minds. 10:785172. doi: 10.3389/frym.2022.785172
Ставя любо и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Спинальная мышечная атрофия
