Autotrofizm
Autotrofizm to sposób odżywiania się polegający na wytwarzaniu związków organicznych z pobranych ze środowiska związków nieorganicznych: CO2, H2O i soli mineralnych które w wyniku wielu przemian biochemicznych, przy udziale energii, ulegają przekształceniu w wysokoenergetyczne związki organiczne. Jak każde reakcje syntez, tak i te związane z wytwarzaniem materii organicznej, są energochłonne.
Źródła energii do takich syntez są dwa:
- energia świetlna – wtedy mówimy o fotoautotrofizmie oraz
- energia chemiczna, która wyzwala się w procesach utleniania prostych związków chemicznych, np. H2S, CO, H2 itp.; mówimy wtedy o chemoautotroficznym sposobie odżywiania się.
Jak z tego wynika, istota obu procesów anabolicznych jest taka sama, inne są tylko źródła energii do przemian. Fotosynteza-ten skomplikowany proces biochemiczny został dokładniej poznany dopiero dzięki badaniom panów Calvina i Bensona. Za opracowanie cyklu reakcji związanych z asymilacją dwutlenku węgla otrzymali oni Nagrodę Nobla. Jednak już pod koniec XVIII w. Anglik Priestley odkrył, że „rośliny mogą naprawiać powietrze zepsute przez palące się świece”. Kolejna cegiełkę do skompletowania podstawowego równania fotosyntezy dołożył Holender Ingenhousz. Stwierdził on, że przemiany zachodzące podczas „naprawiania zepsutego powietrza” wymagają koniecznie światła.
Dzisiaj jest to wiedza banalna, ale wówczas odkrycie znaczenia światła miało znaczenie kapitalne. Wkrótce potem okazało się, że składnikiem „niedobrego” powietrza pochłanianym przez rośliny jest dwutlenek węgla, a ponadto w procesie tym zużywana jest woda. Kropkę nad „i” postawił Niemiec Mayer w 1843 r. Badacz ten stwierdził, że rośliny pochłaniają energię słoneczną i przekształcają ją w energię chemiczną wiązań asymilatów. W tym momencie stało się możliwe ułożenie podstawowego równania fotosyntezy: 6H2O +6CO2+energia świetlna →C6H12O6+6O2 — 687 kcal (– 2872 kJ).
Fotosynteza jest podstawowym anabolicznym procesem biologicznym, polegającym na wychwytywaniu kwantów promieniowania świetlnego przez chlorofil i przekształcaniu ich energii w energię chemiczną. Energia ta zostaje zakumulowana w postaci wiązań chemicznych powstających w wyniku przyswajania (redukcji) CO2. Dwutlenek węgla jest maksymalnie utlenioną postacią węgla. Komórki zdolne do fotosyntezy redukują go do węglowodanów według ogólnego wzoru: nCO2+nH2O (CH2O)n+nO2. W tym procesie powstają związki mniej utlenione, a tym samym bogatsze w energię. Im bardziej zredukowany jest związek (im więcej zawiera atomów wodoru) , tym na wyższą wartość energetyczną.
Głównymi związkami powstającymi w wyniku redukcji CO2 są cukry. Odbywa się to wg równania: 6CO2+6H2O+472,8 kJ enzymychlorofil → C6H12O6+6O2. Z tego równania wynika, że fotosynteza jest procesem tlenowym. Badania wykazały jednak, ż przebieg tego procesu u niektórych bakterii żyjących w glebach bogatych w H2S, prowadzi do wydzielania się siarki zamiast tlenu-zgodnie z równaniem: 6CO2+12H2S→ światło,enzymybarwniki asymilacyjne C6H12O6+12S+6H2O. Obie reakcje zachodzą podobnie i w obu zachodzi redukcja CO2. Dawcą wodoru, tj. czynnika redukcyjnego, w pierwszym równaniu jest H2O, a w drugim H2S. Uwolnienie wodoru z donorów wymaga energii świetlnej. Proces wytwarzania związków organicznych odbywa się w dwóch etapach: faza świetlna-(jasnościowa) polega na szeregu reakcji fotochemicznych, a więc reakcji wymagających światła do swego przebiegu. Istotą tej fazy jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych zawartych w ATP. Energia świetlna absorbowana przez układy barwników jest przekazywana na cząsteczkę chlorofilu, z którego następuje wybicie elektronu. Wybite elektrony są wyłapywane przez akceptory elektronów, które łatwo ulegają redukcji: A+ë →A-. Po wybitym elektronie w cząsteczce chlorofilu powstaje „dziura”, przyciągająca elektron z akceptora: A- +chlpobudzny → A+chlaktywny. Transportowany elektron traci stopniowo energię, która częściowo rozprasza się w postaci ciepła, częściowo jest zmagazynowana w ATP. Elektron z akceptora może być przekazany na przenośnik wodorowy NADP:
A-+NADP →A+ NADP-, i wtedy , powstała w innej cząsteczce chlorofilu „dziura elektronowa” powoduje wysysanie elektronów z cząsteczek wody, która w ten sposób ulega fotodysocjacji na jony wodoru, elektrony i tlen wydzielany do atmosfery:
chl *pobudzony H2O →chl aktywny + O2 + 2 H+. Ostatecznie jony wodoru są wychwytywane przez NADP-: 2 NADP-+ 2 H+ → NADPH2. Oba wytworzone w fazie świetlnej związki: ATP i NADPH2 są pierwszymi trwałymi produktami procesu przetwarzania energii świetlnej, zachodzącego w granach chloroplastów. Wytworzona siła asymilacyjna lub redukcyjna: ATP i NADPH2 umożliwia zachodzenie drugiej fazy procesu fotosyntezy.
Dodaj komentarz