Gde si! U lekciji svetla faza fotosinteze pratili smo prvu smenu: biljka hvata Sunce, cepa vodu, izbacuje kiseonik i puni biološke baterije, ATP i NADPH.
Ali od baterija se ne živi. Biljci treba prava hrana.
Zato nastupa tamna faza fotosinteze, druga smena koja od običnog gasa iz vazduha pravi nešto slatko i kalorično: glukozu.
Ajde da umesimo taj šećer i vidimo kako se CO2 pretvara u hranu za biljku.
Dok se svetla faza odvija na tilakoidima, tamna faza se dešava u tečnom prostoru hloroplasta koji se zove stroma. Zamisli stromu kao veliki tečni lonac u kome se kuva čorba od ugljen-dioksida.
Ovo je dobar primer kako se ćelijske organele ponašaju kao male organizovane fabrike.
Da bi druga smena počela, potrebne su joj tri stvari: ugljen-dioksid, ATP i NADPH. CO2 je glavna sirovina, a ATP i NADPH su baterije iz svetle faze.
Brašno za tortu, ulazi kroz stome.
Napunjena baterija iz svetle faze.
Nosi vodonik i elektrone.
CO2 + ATP + NADPH
Od ovoga se pravi šećer.
Ugljen-dioksid ulazi u list iz vazduha kroz stome. U tamnoj fazi on više ne čeka, nego ulazi u hemijski proces u kome se njegovi atomi ugljenika ugrađuju u organske molekule.
Stome su zato važne i za tamnu fazu, a njihova uloga se lepo povezuje sa transpiracijom.
ATP donosi energiju, a NADPH donosi vodonik i elektrone. Bez njih tamna faza nema snagu da ugljen-dioksid pretvori u šećer.
Tamna faza je druga smena, ali zavisi od prve smene.
Naziv tamna faza ume da prevari. Ne znači da se dešava samo noću. Zove se tamna zato što joj svetlost nije direktno potrebna kao svetloj fazi.
Kad padne noć i baterije se potroše, tamna faza ne može dugo da nastavi.
"Tamna" znači bez direktne svetlosti.
Ne znači da obavezno radi u mraku.
U stromi se odvija kružni hemijski proces koji se zove Kalvinov ciklus. Nazvan je po naučniku Melvinu Kalvinu, a njegov posao je da ugljenik iz CO2 ugradi u organska jedinjenja.
Prvi važan korak Kalvinovog ciklusa je fiksacija ugljenika. To znači da se CO2 iz vazduha "hvata" i ugrađuje u organski molekul u biljci.
Ovde počinje prelazak iz neorganske materije u organsku materiju.
CO2 se vezuje i ugljenik ulazi u organski molekul.
Bez toga nema glukoze.
Rubisco je enzim koji pomaže da se CO2 veže za početno jedinjenje u Kalvinovom ciklusu. Bez njega bi fiksacija ugljenika išla presporo da biljka normalno pravi hranu.
Rubisco ne pravi gotovu glukozu sam. On pokreće ulazak CO2 u ciklus.
U biologiji su enzimi ključni jer ubrzavaju reakcije, a ovde vidiš jedan od najpoznatijih primera.
Kada ugljenik uđe u ciklus, biljka koristi energiju iz ATP-a i vodonik iz NADPH-a. Ovaj deo vodi ka stvaranju molekula koji će kasnije dati šećer.
Ovde se jasno vidi zašto su svetla i tamna faza povezane, iako se ne odvijaju na istom mestu.
ATP daje energiju.
NADPH daje vodonik i elektrone.
CO2 se približava šećeru.
Kada ATP i NADPH predaju energiju i vodonik, nastaju ADP i NADP+. To su praznije baterije koje se vraćaju u svetlu fazu da se ponovo napune na Suncu.
Fotosinteza je kruženje energije kroz dve povezane smene.
Na kraju tamne faze nastaje proizvod koji biljka stvarno želi: glukoza, prost šećer. Ona je hrana koju biljka koristi za energiju, rast i izgradnju tela.
Glukoza pripada ugljenim hidratima, pa se ova lekcija lepo nadovezuje na ugljene hidrate i monosaharide.
Biljka glukozu ne čuva samo zato što lepo zvuči. Ona je koristi odmah za energiju, skladišti je kao skrob, ili od nje gradi celulozu za stablo, grančice i ćelijske zidove.
Glukoza ulazi u ćelijsko disanje.
Višak hrane ide u magacin.
Od nje se grade čvrsti delovi biljke.
Krompir, pšenica i kukuruz su puni skroba jer su to biljkini magacini hrane.
Glukoza koju napravi tamna faza kasnije može da se razloži u procesu ćelijskog disanja. Tada biljka oslobađa energiju za rast, razvoj i životne procese.
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{energija}$
To je veza sa lekcijom ćelijsko disanje: fotosinteza pravi glukozu, disanje je troši da oslobodi energiju.
Najlakše poređenje: svetla faza puni baterije i oslobađa kiseonik, a tamna faza troši baterije i pravi šećer. Jedna bez druge ne završava posao.
| Osobina | Svetla faza | Tamna faza |
|---|---|---|
| Mesto | tilakoidi | stroma |
| Direktna svetlost | potrebna | nije direktno potrebna |
| Troši | vodu | CO2, ATP, NADPH |
| Pravi | O2, ATP, NADPH | glukozu |
Za punu sliku vrati se na svetlu fazu fotosinteze.
Tamna faza zavisi od dostupnosti CO2, od količine ATP-a i NADPH-a, ali i od rada enzima. Temperatura može da utiče na enzimske reakcije, pa ekstremni uslovi usporavaju proces.
Ovo se uklapa u širu lekciju o faktorima koji utiču na intenzitet fotosinteze.
Netačno. Zove se tamna jer ne traži direktnu svetlost, ali uglavnom radi danju dok ima ATP-a i NADPH-a iz svetle faze.
Netačno. Kiseonik nastaje u svetloj fazi cepanjem vode. U tamnoj fazi nastaje šećer.
Netačno. Cela fotosinteza se odvija u hloroplastima. Mitohondrije služe za ćelijsko disanje.
Stroma, CO2, ATP, NADPH, Kalvinov ciklus, glukoza.
To je srce tamne faze.
Tamna faza je trenutak kada ugljenik iz vazduha postaje deo hrane. Bez nje bi svetla faza samo punila baterije i oslobađala kiseonik, ali biljka ne bi dobila glukozu.
Tamna faza pravi organsku materiju od CO2.
Zato je fotosinteza osnova života, a tamna faza njen slatki završetak.
Da sumiramo najbitnije:
I evo ga, torta je pečena. Za ponavljanje poveži ovu lekciju sa fotosintezom kao celinom i sa lekcijom ćelijsko disanje, fotosinteza i stvaranje energije.
$6CO_2 + 6H_2O + \text{svetlosna energija} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$
Tamna faza je deo jednačine koji pravi šećer od CO2.
