Эх, друзья. Сегодня дождь весь день, солнышка нет. Да и холодно. А это значит, что пора возобновить наши научно-образовательные посиделки с БиоЛламой. Пора! Самое время!
И вот я про что вам сегодня расскажу. Про фотосинтез. Будет у нас солнечно внутри, раз снаружи - дождь.
Фотосинтез - что он и где?
Фотосинтез - это синтез органических соединений из воды и углекислого газа с использованием энергии солнечного света. Ну, это из названия уже как бы ясно)). Умеют его делать зелёные растения. И зелёные бактерии.
Вернее, наоборот! Потому что в самом начале времён именно цианобактерии первыми освоили фотосинтез с хлорофиллом. И таких дел наворотили, помните? Всё нам с ног на голову перевернули в атмосфере!
А уже потом они в клетку попали, и стали мирными хлоропластами. Там тоже та ещё детективная история была, и я вам ее как-нибудь расскажу. А пока - сосредоточимся на фотосинтезе.
Только вспомним ещё, что свет ловят специально обученные окрашенные вещества-пигменты. Главный из них - зелёный хлорофилл, но и красно-жёлто-оранжевые каротиноиды ему здорово помогают.
И всё мы так вокруг да около, а всё про сам-то фотосинтез никак. А давайте уже.
Разные комнатки для разных фаз
Итак, в зелёных-зелёных растениях, а точнее в зелёных-зелёных хлоропластах происходит фотосинтез. И идет он в две фазы - световую и темновую. Слышали про такое? И разобщены эти две фазы в пространстве.
Стоп-стоп, - скажет внимательный читатель. Как так!? Почему в пространстве? Световая и темновая фаза - они же днём и ночью! Разве нет?
А вот и нет, а вот и нет!))) Слушайте БиоЛламу, она вам всю правду расскажет.
Помните, как устроен хлоропласт? У него двойная оболочка, а внутри жижа налита, и в ней такие плоские мешочки с хлорофиллом в стопки сложены. Вот в этих мешочках идёт световая фаза фотосинтеза. Ну, потому что хлорофилл-то - он там, внутри. Эти мешочки называются тилакоиды. А жижа называется строма.
Световая фаза, когда совершаются Очень Опасные Дела
По своей сути световая фаза - это запасение энергии света. Запасается она в двух молекулах-аккумуляторах. Они называются АТФ и НАДФ·Н.
Начинается фотосинтез с того, что крохотный лучик света, которые называется квант, падает на хлорофилл, и он возбуждается. Это значит, что электрон в составе молекулы хлорофилла переходит на более высокий энергетический уровень. Как по лесенке взбежал!
А мы представим, что хлорофилл от света становится несколько перевозбужденным. Да и не несколько, а сильно! Просто псих какой-то становится!!! И он начинает всё подряд крушить. Ну, то есть не всё, а что под руку попало. А попадают ему молекулы воды. И он эти молекулы воды давай разрывать! Это называется - фотолиз воды.
Фотолиз в переводе - это расщепление с участием света. А тут у нас не просто свет, а возбужденный светом хлорофилл. И он не просто отрывает от воды, скажем, водороды - так, чтобы остался один кислород. Нееет! Там остаётся перекисный радикал - очень активный кусок молекулы, который тоже норовит что-нибудь разрушить. И начинается цепная реакция. Эти водяные куски, как зомби, бродят и нападают на другие молекулы воды! И их тоже разрывают на куски, а те следующие, и так далее. Тут уж никто под руку не попадись! Всех покромсают. Поэтому фотолиз этот и есть Очень Опасные Дела.
Но в конце концов всё успокаивается, и от воды остается обычный нормальный кислород, который в этом процессе вообще не нужен, и протоны - такой ион водорода. Собственно, ради протонов это всё и затевается. Так что кислород понемногу выходит из хлоропласта, потом из клетки, потом из растения - и улетает в атмосферу. А протоны остаются.
Вот этот-то ненужный в фотосинтезе кислород и сделал грандиозную перемену на нашей планете (https://dzen.ru/a/ZaeJdpIp4HUtNigB). И благодаря этому мы сейчас живем в таком мире, в котором живем.
В общем, кислород улетел, а протоны остались. И вот эти протоны выкачиваются в строму из тилакоида. Есть у них для этого специальный молекулярный насос.
Это нужно, чтобы зарядить наружную сторону мембраны положительно. Протоны-то несут положительный заряд. И когда они её как следует зарядят, то запускается ещё один молекулярный механизм - фермент АТФ-синтетаза. Он на мельницу похож. Сидит себе в мембране, с одной стороны дырка, а внутри как будто бы мельничное колесо.
Дырка открывается, когда снаружи накопится положительный заряд. И тогда протоны начинают через эту штуку течь, как вода через мельницу. Колесико крутится, и эта энергия заряжает наш клеточный аккумулятор - молекулу АТФ. Всего одну. Но нам хватит! Растениям, то есть.
Аккумулятор зарядили успешно. А куда девать протоны? А мы их тоже используем. У нас есть ещё одна молекула, она как раз ими заряжается. Эта штука называется никотинамидадениндинуклеотид фосфат. Сможете прочитать? А выговорить?))) Ученые тоже не каждый раз выговаривают. Говорят - "надф-плюс". А пишут - НАДФ+. Ну в общем от протонов он восстанавливается. И делается "надф-аш два". НАДФ·Н2.
И всё, световая фаза кончилась. Кислород улетел в небеса, а заряженные энергией света аккумуляторы, АТФ и НАДФ·Н2 переносятся в строму, где будет проходить темновая фаза фотосинтеза.
Темновая фаза - и нужна ли ей темнота
В темновую фазу как раз и происходит синтез органических веществ.
Ну, понятное дело, что темнота темновой фазе не нужна. Иначе я бы не спрашивала. Просто и свет ей тоже не нужен. Поэтому и зовут эту фазу темновой, что идёт она и без света. А народ в заблуждение вводится.
Это часто так бывает. Костный мозг вот зачем мозгом назвали? А желудочки сердца или мозга - с чего они желудочки? Но это только дети неразумные удивляются. А мы-то с вами всё знаем и просто такие - ну ок, костный мозг. Желудочки.
Но всё-таки я вам нарисую эту темновую фазу чёрным. Потому что в ней все дела идут с углеродом. Как будто гномики сидят в тёмной-тёмной угольной шахте.
Вы же помните, что основа всех биорганических веществ - углерод. А растения делают их из углекислого газа. Это крохотная вёрткая молекула. И чтобы из неё что-то сделать, надо сначала её поймать.
Поймать и зафиксировать. Чтобы потом превращать в крупные органические вещества. Например, в глюкозу. Там шесть атомов углерода. Значит, там шесть таких поймать как-то надо.
Так-то бы мы в тиски зажали что-то мелкое, для удобства. Но у растений нет тисков, поэтому углекислый газ присоединяется к специальной молекуле. Для дальнейшей обработки.
А потом эти заготовки отправляются на конвейер. Этот конвейер называется цикл Кальвина. Это дядька такой, Кальвин, его открыл. Он там крутится, этот цикл, и в результате получается глюкоза. Вернее сказать, половинки глюкозы, которые сами собой в глюкозу потом превратятся. А энергию этот цикл берёт из АТФ и НАДФ·Н, которые нам из тилакоидов прислали.
Кстати, не очень умный фермент РУБИСКО, про который мы тут говорили,
именно в этом цикле работает.
Пока есть в строме АТФ и НАДФ·Н, полученные в световой фазе, цикл Кальвина работает. Свет сам по себе ему не нужен. И если он работает хорошо, то глюкозы получается много. А глюкоза - это осмотически активное вещество. Она, как и соль, может "притягивать" воду. А это плохо! Ведь от лишней воды хлоропласт лопнет! Поэтому глюкозу наскоро превращают в крахмал - простой полимер, бусики глюкозные. Не для хранения, а только чтобы глюкоза под ногами не болталась!
Вот так и делается у растений фотосинтез.
Фотосинтез - это только про глюкозу? Нет!
Они, конечно, не только глюкозу делают. А вообще любое нужное вещество. Аминокислоты - те кирпичики, из которых сделаны белки - тоже делают. Только в них ещё есть азот. И вот поэтому растениям обязательно нужны нитратные удобрения. Чтобы сделать аминокислоты, а потом белки, а потом и всякие части своего растительного тела. Ага, поняли уже? Именно поэтому от азотных удобрений растения хорошо наращивают массу. Но только если есть тепло и свет. То есть, если фотосинтез хорошо работает. Но про это мы потом поговорим.
Зима-то длинная! Эустому посеем - и про биохимию. Или ещё про что-нибудь.
Так что не разбегайтесь! Наоборот, заманивайте детей на наши весёлые картинки. Им-то биологию в школе учить. Представьте, как ваш младенчик в школе выдаст - никотинамидадениндинуклеотидфосфат!!! А учитель такой - чииивооо? И сразу поставит ему пять. Пока он циклопентанпергидрофенантрен не вспомнил.
Ваша Лл.