Gde si! U lekciji fotosinteza videli smo da biljke "jedu" Sunce i prave šećer. Ali taj posao ne ide u jednom potezu. Kao prava fabrika, fotosinteza ima dve smene: svetlu fazu i tamnu fazu.
Svetla faza je prva smena: hvata svetlost, cepa vodu i puni baterije.
U njoj nastaje kiseonik koji udišemo, kao i ATP i NADPH, molekuli koji će kasnije gurati stvaranje šećera.
Ajde da vidimo kako list radi kao solarna elektrana, samo mnogo sitnija i pametnija.
Fotosinteza ima dva povezana dela. Svetla faza hvata energiju svetlosti i pravi ATP i NADPH. Tamna faza koristi te molekule da od ugljen-dioksida napravi šećer.
Kad završiš ovu lekciju, prirodno nastavljaš na tamnu fazu fotosinteze.
Svetla faza se dešava u hloroplastima, ali ne bilo gde u njima. Hloroplast ima unutrašnju organizaciju, pa je važno razlikovati celu organelu od delova unutar nje.
Hloroplast je ćelijska organela, a priča o njemu lepo se vezuje za ćelijske organele i njihovu podelu poslova u ćeliji.
Ograničava hloroplast od citoplazme.
Membranske kesice na kojima radi svetla faza.
Tečnost hloroplasta, mesto tamne faze.
Tilakoidi su male spljoštene kesice u hloroplastu, često naslagane jedna na drugu kao novčići. Svetla faza se dešava baš na njihovim membranama, jer se tu nalaze molekuli hlorofila.
Zamisli tilakoide kao solarne ploče na krovu fabrike: nisu ukras, nego površina koja hvata Sunčevu energiju.
Ako hloroplast zamisliš kao fabriku, tilakoid je mesto gde se pali glavna mašina.
Za svetlu fazu potrebne su dve ključne stvari: Sunčeva svetlost i voda. Svetlost daje energiju, a voda je molekul koji će se cepati.
Hlorofil je zeleni pigment koji hvata Sunčevu svetlost. Kada svetlost pogodi hlorofil, energija se prenosi na elektrone i pokreće niz reakcija na membrani tilakoida.
Zato su zeleni delovi biljke najvažniji za svetlu fazu: tamo ima hlorofila.
Kada svetlosna energija udari u sistem hlorofila, molekul vode se razlaže. Taj proces se zove fotoliza vode: "foto" znači svetlost, a "liza" znači razlaganje.
Iz vode nastaju kiseonik, elektroni i vodonikovi joni. Svaki deo ima svoj posao.
Voda se cepa uz pomoć svetlosti.
Kiseonik izlazi, vodonik i elektroni ostaju za reakcije.
Najvažnija stvar za kontrolni: kiseonik koji biljka oslobađa ne nastaje iz ugljen-dioksida. On nastaje iz vode, tokom fotolize u svetloj fazi.
Kada nastane O2, biljci on u tom trenutku nije potreban, pa izlazi kroz stome u vazduh.
Vodonik iz vode ne odlazi napolje. On ostaje u ćeliji jer će biti potreban za kasniju izgradnju organskih materija. U svetloj fazi se prenosi na molekul NADP+ i nastaje NADPH.
Nosi elektrone i vodonik prema tamnoj fazi, gde će pomoći da se CO2 pretvori u šećer.
To je kao dostavljač koji odnosi vredan materijal iz prve smene u drugu.
Nosilac vodonika i elektrona.
Bez njega tamna faza nema čime da "gradi" šećer.
Svetla faza ne sme da pusti uhvaćenu energiju da propadne. Zato je pakuje u molekul ATP, koji ćelija koristi kao brzu energetsku valutu.
ATP je važan i šire od fotosinteze, jer se koristi u mnogim ćelijskim procesima, uključujući metabolizam i deobu ćelije.
Brza ćelijska baterija.
U tamnoj fazi daje energiju za stvaranje šećera.
Nastanak ATP-a u svetloj fazi zove se fotofosforilacija. To znači da se uz pomoć svetlosti energija koristi da se ADP-u doda fosfat i napravi ATP.
Svetla faza ne čuva svetlost kao svetlost, nego je pretvara u hemijsku energiju.
Elektroni oslobođeni u svetloj fazi ne lutaju nasumično. Oni prolaze kroz transportni lanac elektrona na membrani tilakoida. Dok se kreću, njihova energija pomaže stvaranje ATP-a i NADPH.
Ovo je fin primer kako se građa organele povezuje sa funkcijom, što je centralna ideja lekcije uloga pojedinih ćelijskih organela u metabolizmu ćelije.
Na kraju svetle faze biljka ima tri glavna rezultata: kiseonik, ATP i NADPH. Kiseonik odlazi u atmosferu, a ATP i NADPH idu u tamnu fazu.
| Proizvod | Šta radi? |
|---|---|
| O2 | izlazi kroz stome u vazduh |
| ATP | nosi energiju |
| NADPH | nosi vodonik i elektrone |
Šećer nije na ovoj listi. To je namerno: šećer nastaje u tamnoj fazi.
ATP i NADPH ne ostaju bez posla. Oni prelaze u stromu hloroplasta, gde se odvija tamna faza. Tamo daju energiju i vodonik za pretvaranje CO2 u šećer.
Bez svetle faze tamna faza nema gorivo.
Zato su dve faze odvojene po mestu i ulozi, ali su potpuno povezane.
Drugim rečima, svetla faza puni baterije, a tamna faza ih troši.
Tilakoidi -> ATP i NADPH -> stroma -> glukoza
To je veza između dve faze fotosinteze.
Glavna razlika nije samo u nazivu. Svetla faza traži direktnu svetlost i dešava se na tilakoidima, a tamna faza ne traži direktnu svetlost i dešava se u stromi.
| Osobina | Svetla faza | Tamna faza |
|---|---|---|
| Mesto | membrane tilakoida | stroma hloroplasta |
| Treba svetlost? | da | ne direktno |
| Glavni posao | ATP, NADPH, O2 | stvaranje šećera |
| CO2 | ne koristi se | ugrađuje se u šećer |
Ova tabela je odlična za poređenje sa lekcijom tamna faza fotosinteze.
Ako nema dovoljno svetlosti ili vode, svetla faza usporava. Ako su uslovi ekstremni, hloroplasti ne mogu normalno da pune ATP i NADPH. Zato su svetlost, voda i temperatura važni za ceo proces.
Ovo se šire objašnjava kroz faktore koji utiču na intenzitet fotosinteze i kroz vezu sa transpiracijom.
Najlakši trik: svetla faza puni baterije, a tamna faza pravi tortu. U svetloj fazi biljka se "sunča", cepa vodu, izbacuje kiseonik i puni ATP/NADPH baterije.
Svetla faza = O2 + ATP + NADPH.
Glukoza dolazi kasnije.
Netačno. U svetloj fazi nastaju ATP, NADPH i kiseonik. Glukoza nastaje u tamnoj fazi.
Netačno. Kiseonik nastaje cepanjem vode tokom fotolize.
Netačno. Dešava se na membranama tilakoida u hloroplastima.
Svetla faza je razlog zašto fotosinteza oslobađa kiseonik. Biljke, alge i fitoplankton kroz taj proces pune atmosferu kiseonikom, a istovremeno prave energiju za dalju sintezu hrane.
Svetla faza povezuje Sunce, vodu i život.
Zato je ovo prvi energetski korak koji omogućava da lanci ishrane uopšte postoje.
Da sumiramo najbitnije:
Sada znaš kako biljka puni svoje baterije. Sledeći korak je da vidiš kako se te baterije koriste u tamnoj fazi fotosinteze, a za širu sliku vrati se na celu lekciju fotosinteza.
$2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O_2$
Svetla faza = svetlost + voda -> O2 + ATP + NADPH.
