Tilakoidna membrana hloroplasta – mjesto na koje se odvija jedan dio fotosinteze, izvor: http://biology.anu.edu.au/

 

 

Prethodni post: “Barka na zelenom moru – kako svjetlost djeluje na hlorofil“.

Dakle, šta se to čudesno dešava u toku ovog procesa? Nemojte da vam ovaj najvažniji proces u prirodi ostane tek neka  nerazumljiva magija već uložite nešto malo vremena da biste nešto shvatili. Da nije fotosinteze, mi ne bismo imali šta da jedemo, niti bi bilo kisika koji nam je potreban za život. Neke bakterije (cijenobakterije) te alge i više biljke imaju sposobnost fiksiranja karbon-dioksida iz atmosfere koji, u nizu vrlo specifičnih reakcija oksidacije i redukcije (tj. primanja i davanja elektrona) “ugrade” u svoje stanice. A biljne stanice pune tog fiksiranog karbona jesu hrana za biljojede i svaštojede, koji su, opet, hrana za mesojede…i sve tako, kroz lance ishrane. 
 
Dakle, rekla sam kako foton crvene svjetlosti ekscitira atom magnezijuma unutar porfirinskog prstena hlorofila i da taj elektron “poskoči” na viši energetski nivo, ali se ne vrati na početni nivo nego pređe na molekulu koja se nalazi u blizini hlorofila. Odnosno, magnezijum se oksidira, jer gubi elektron, a ta molekula redukuje, jer prima elektron.
 
Ta prva molekula koja prima elektron u nizu je feofitin (eng. pheophytin), a po strukturi predstavlja modifikovanu molekula hlorofila. Zatim, feofitin “dodaje” elektron molekuli hinona (koga zanima, hinoni su derivati aromatskih spojeva -benzena, naftelena). Ovako se formira lanac prenošenja elektrona, tj. neka vrsta protoka elektrona. Zamislite da se igrate lopte (ne hrkljuša) i da je zadatak dodavati loptu. Ili još bolje, zamislite da igrate košarke i cilj je postići koš. Košarkaška lopta je elektron, igrači koji vode loptu i dodaju je su molekule koje prenose elektron, a cilj igre je postići koš tj. napraviti nešto korisno sa elektronom.
 
Koš u ovom slučaje jeste redukcija jedinjenja NADP u oblik NADPH.
 

NADP nije neki proizvoljni hijeroglif, to je akronim od nikotinamid adenin dinukleotid fosfat. To znači da spada u grupu jedinjenja amida, a to znači da sadrži nitrogen.Također, iz naziva ovog jedinjenja možemo iščitati da je to neki nukleotid, baš kao nukleotidi koji grade DNK i RNK, i to adeninski nukleotid. Ono “P” u akronimu znači da jedinjenje sadrži fosforne grupe (PO4). 

 

 

 
Strukturna formula NADP
 
 
Sve ovo stvara razliku o koncentraciji jona sa dvije strane tilakoidne membrane hloroplasta, gdje se ova prebacivanja elektrona događaju. Zapravo, stvara se protonski gradijent.
 
Da li ste se pitali što se događa sa molekulom hlorofila kada izgubi onaj elektron? Ne? E, pa to je ključno pitanja, jer taj oksidirani hlorofil, sa atomom magnezija bez jednog elektrona više ničemu ne može služiti – na njega ne može djelovati foton, da mu “izbije” još jedan elektron jer je magnezijum imao samo jedan elektron slobodan – onim drugim je vezan za molekulu hlorofila. I šta sad sa tim elektronom? Da li će stanica “baciti u smeće” tu iskorištenu molekulu hlorofila? Ne, naravno. Recikliraće je tako što će joj vratiti jedan elektron. Taj elektron kojim se nadoknadi onaj elektron kojeg je foton “šutnuo” sa hlorofila na feofitin potiče iz vode – iste one vode koju biljka uzima iz tla, iste one vode koju pišemo u opštoj formuli fotosinteze. 
 
 
 
Naime, nije da fotoni samo “šutaju” elektron iz magnezijuma, već “paraju” molekulu vode u procesu koji se naziva fotoliza:
 
H2 + 2 fotona (svjetlost) → 2 e− + 2 H+ + A
 
Dakle, u fotolizi vode se oslobađaju dva elektrona, dva protona (H+ ) i oslobađa se neka supstanca koja je bila u spoju sa hidrogenom. U slučaju fotosinteze kod cijanobakterija, algi i viših biljaka, to je molekula kisika. 
Istovremeno, enzim zvani ATP sintaza (protein, naravno), koristi protonski gradijent za sintezu jedinjenja zvanog ATP – adenozin trifosfat.
ATP nastaje pomoću spomenutog enzima od ADP-a (adenozin difosfat). Dakle, u ovoj reakcije se na adeninski nukleotid koji ima 2 fosforne skupine dodaje još jedna. Zašto je to važno? Pa ATP je glavna moneta svih procesa u živim bićima. ATP je $. Veze između fosfornih skupina su nosioci potencijalne energije (energija hemijske veze). Prilikom razlaganja ATP-a organizam dobiva energiju. Svi procesi u našem organizmu ili organizmima drugih životinja te organizmima biljaka su načini da se ATP stvori ili da se razloži i da energiju. 
Prema zakonu o održanju energije, energiju je nemoguće stvoriti ili uništiti. Zato je potrebna energija da bi se stvorilo jedinjenje koje organizmi mogu iskoristit kao izvor energije. Ata energija dolazi od svjetlosti.
Niz reakcija koje se događaju na tilakoidnoj membrani hloroplasta zovemo svijetla faza fotosinteze. Dakle, bilans ove faze fotosinteze je:
2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 fosforne skupine +svjetlost → 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP + O2
 
 
 Fosforne skupine bi se trebale pisati oznakom P, a svjetost kao hν ( da se niko nije usudio da ovo čita kao ha-ve jer je ovo drugo slovo grčko slovo “ni”, simbol za frekvenciju!), ali sam ja odlučila da pojednostavim stvar, radi boljeg razumijevanja.
 
Dakle, onaj foton je potegnuo lančana reakciju u kojoj su nastale 3 molekule energetske valute stanice -3 molekule adenozin trifosfata, dvije molekule NADPH, voda se razložila na protone i molekulu kisika, a magnezijum u hlorofilu je dobio novi elektron te ga neki drugi foton ponovo može “izbiti iz cipela”.
 
Note: ako mislite da je ovo komplikovano, samo ću reći da je ovo vrlo pojednostavljena verzija priče o svijetloj fazi fotosinteze jer nisam spominjala fotosistem II i fotosistem I.
 
Čekajte, a šta je sa C6H12O6? Kako glukoza nastaje u procesu fotosinteze? Zar cijela ova priča nije bila o tome? 
 
To be continued… Idući post: “Tamna strana fotosinteze“.