Fotosyntesen och Calvincykeln

När du har lyssnat färdigt på det här avsnittet kommer du kunna svara på tre frågor. Hur gör växter för att skapa syre genom att klyva vatten? Vad är det som fungerar som kemiska batterier i fotosyntesen? Och varför är världens vanligaste protein samtidigt ett av de minst effektiva? Välkommen till PodThis och Study Session.

Ljusreaktionen är den första stora fasen i fotosyntesen. Det är här vi hittar svaret på hur växten faktiskt tar emot den energi den behöver för att leva. Man kan tänka på växter som små, effektiva solpaneler, men deras förmåga att fånga upp energin är egentligen ganska begränsad. De flesta grödor lyckas bara omvandla mellan en och två procent av solljuset till biomassa. Med biomassa menar vi det organiska material som bygger upp växtens blad, stjälkar och rötter. Allt börjar i en speciell del av växten som kallas fotosystem två. Det här är den enda kända biologiska strukturen i naturen som kan utföra fotolys. Fotolys är namnet på den kemiska process där vattenmolekyler klyvs med hjälp av ljus så att elektroner frigörs. De här elektronerna är helt nödvändiga. Utan dem kan solenergin inte omvandlas till en form som växten kan hantera. Den här vattenklyvningen förändrade hela vår planets utveckling för all framtid. För ungefär två miljarder fyrahundramiljoner år sedan började processen syresätta jordens atmosfär för första gången. Det var det här enorma tillskottet av syre som lade grunden för att mer komplext liv skulle kunna utvecklas och överleva på jorden. Det vi ser som en tyst reaktion i ett grönt blad är alltså själva förutsättningen för att vi människor finns till. Ljusreaktionen fungerar som ett kraftverk inuti tylakoiderna. Tylakoiderna är små skivformade membranblåsor som finns i cellernas kloroplaster. I de här blåsorna används energin från solljuset för att ladda upp två typer av molekyler som kallas A-T-P och N-A-D-P-H. Man kan se de här molekylerna som små kemiska batterier med kort livslängd. De bär på energin under en mycket kort tid. Sedan finns den tillgänglig när växten ska bygga socker i nästa fas.

Calvincykeln är den process som bygger socker. Den använder energin som fångades in under ljusreaktionen. De kemiska batterierna ATP och en-a-de-pe-ha transporteras direkt till kloroplastens inre. Det här vätskefyllda området kallas för stromat. Här i stromat används kraften från batterierna för att driva tillverkningen av näring. Du kan se framför dig att stromat är som en fabrik. Det är där råvaror och energi möts för att skapa den färdiga produkten. Allt börjar med att växten tar upp koldioxid från luften runtomkring. När koldioxidmolekylerna har bundits kan växten börja bygga de kolkedjor som till slut blir till sockerarten glukos. Melvin Calvin använde en radioaktiv variant av kol som kallas kol fjorton. På så sätt kunde han kartlägga koldioxidens väg genom växtens celler. Han belönades med Nobelpriset år nittonhundrasextioett för sin upptäckt. Den viktigaste spelaren i den här cykeln är enzymet Rubisko. Ett enzym fungerar som en katalysator. Det betyder att det skyndar på kemiska processer i levande varelser. Rubisko är faktiskt det protein som det finns allra mest av i hela världen. I ett vanligt grönt blad kan det utgöra hälften av allt protein. Trots att enzymet är så viktigt arbetar det förvånansvärt långsamt. Det binder bara tre koldioxidmolekyler i sekunden. För att vara ett enzym är det en väldigt låg hastighet. Ibland sker ett biologiskt misstag som kostar växten mycket energi. Det kallas för fotorespiration. Det händer när enzymet råkar binda syre istället för koldioxid. Det här felet är särskilt vanligt när det är varmt och torrt ute. Då stänger växten sina klyvöppningar för att inte torka ut. På grund av det här ineffektiva steget kan växten förlora en fjärdedel av sin lagrade energi. Det betyder att en stor del av det tidigare arbetet går förlorat utan att det blir något socker. Fråga. Vilka två molekyler fungerar som kemiska batterier som laddas upp under ljusreaktionen? Svar. Det är molekylerna ATP och NADPH.

Nu är det dags för en liten repetition. Du kan försöka svara på frågorna tyst för dig själv innan jag ger dig svaret. På så sätt märker du direkt vad som har fastnat från det vi nyss gick igenom. Jag kommer att ställa fem frågor om de viktigaste delarna vi har pratat om. Fråga. Vilken biologisk struktur är den enda kända i naturen som har förmågan att klyva vattenmolekyler? Svar. Det är fotosystem två som utför denna livsviktiga uppgift under ljusreaktionen. Fråga. Hur stor andel av den inkommande solenergin lyckas de flesta grödor faktiskt omvandla till biomassa? Svar. De flesta grödor lyckas bara omvandla mellan en och två procent av solenergin till biomassa. Fråga. Till vilken del av kloroplasten måste de kemiska batterierna ATP och NADPH förflyttas för att driva sockertillverkningen? Svar. De måste förflyttas till vätskan i stromat där Calvincykeln äger rum. Fråga. Vilken radioaktiv isotop användes av forskarna för att lyckas kartlägga de olika stegen i Calvincykeln? Svar. Det var kol-fjorton som användes för att spåra hur atomerna rörde sig genom de olika stegen. Fråga. Vad kallas det fenomen som uppstår när enzymet Rubisko av misstag binder till syre istället för koldioxid och därmed slösar energi? Svar. Detta fenomen kallas för fotorespiration och innebär en förlust av energi och kol för växten.

Hur många av fem? Lyssna på kapitlet igen för varje fråga du missade.