Vstávej, semínko, holala aneb zázrak fotosyntézy
I nebyla ze semínka fiala, ale divizna. Přesto se Křemílek s Vochomůrkou radovali, když na vlastní oči viděli, jak ze semínka květinka vyrostla. Proč květiny rostou, to už malé skřítky nezajímalo, ale jistě to bude zajímat čtenáře. Nuže, poodkryjme si malé tajemství, zázrak všedních dnů zvaný fotosyntéza.
Začátek dobře známe. Semena rostlin v sobě ukrývají „startovní balíček“ živin, které vystačí k tomu, aby z nich vyrašily klíčky, které pak z půdy čerpají živiny k dalšímu růstu. Když ale rostlina povyroste a vystrčí zvědavě hlavu nad zem, musí se už porozhlédnout po jiných zdrojích. A tím ideálním zdrojem je světlo.
Kdo zná sci-fi seriál Star Trek, jistě si vzpomene na tzv. replikátory, kde bylo možné ze světla vyrobit prakticky jakoukoliv potravinu - stačilo říci: „Počítači, sklenici vody.“ Nu, a sklenice vody byla na světě. Rostliny mají, pravda, poněkud omezenější možnosti, něčím na způsob startrekovských replikátorů jsou ale vybaveny také - své zařízení ovšem nazvaly chloroplasty.
Chloroplast je část rostlinné buňky (buněčná organela), složená ze soustavy membrán a "drátků, šňůrek, špachtlí a udělátek", v níž probíhá ona zásadní chemická reakce - fotosyntéza, čili přeměna sluneční energie na energii chemickou, která je posléze využita pro syntézu sacharidů, nezbytných stavebních jednotek rostlin, a také kyslíku, základní podmínky života na Zemi.
Tak jednoduché to ale samozřejmě není. Světlo je ve skutečnosti pouze zdrojem energie. Aby dokázala rostlina poskládat molekulu sacharidu, potřebuje k tomu ještě hmotu, a tu si ze světla vyrobit nedokáže. Ale se skromností rostlinám vlastní jim postačí pouze voda a oxid uhličitý. Drží totiž přísnou dietu - pohyb sice trochu zanedbávají, ale zato nesolí, nesladí a nemastí.
Kompletní chemická reakce, na kterou se už jistě všichni, zvláště však nechemická větev naší redakční rady, těší, vypadá takto: 6 CO2 + 6 H2O+ energie → C6H12O6 + 6 O2. Co to znamená? Že ze šesti dílů oxidu uhličitého, který se nachází ve vzduchu, a šesti dílů vody, dostupné trošku ze vzduchu a hlavně z půdy, a také za vydatného slunečního svitu získáme jeden díl glukózy a šest dílů kyslíku. Glukózu si rostlina s dovolením nechá pro své potřeby, ale o kyslík se ráda podělí s námi.
A teď si to rozebereme pěkně popořádku. Vysvitne-li slunce, natočí rostliny své listy přirozeně tak, aby zachytily co nejvíce slunečních paprsků, nositelů energie. V listech v částech buněk - již zmíněných chloroplastech, se nacházejí chlorofyly. To je velmi známý pojem, díky chlorofylům (je jich mnoho typů) jsou rostliny zelené. Jen tak pro připomenutí, zelená barva znamená, že struktura chlorofylu odrazí do našich očí světelné paprsky o takové vlnové délce, které, zachyceny na oční sítnici, vnímáme jako zelené.
Hlavní úlohou těchto pigmentů ale není být zelený, nýbrž sehrát zásadní roli tzv. fotoreceptorů, tedy té části chloroplastu, která zachytává sluneční světlo, a tuto energii přemění na energii chemickou. Konkrétně to vypadá tak, že pohlcením světelného kvanta přejde molekula chlorofylu do excitovaného (vybuzeného) stavu, a následně uvolní elektrony, které jsou dále využity při reakci. Představme si třeba Pepka námořníka, jak zhltne plechovku špenátu, a jaké se potom dějí věci!
Uvolněná energie ve formě elektronů se využije na vskutku bohulibé projekty. Tak například dochází k rozkladu vody za vzniku kyslíku, což je dobrá zpráva hlavně pro nás. Dále je vyroben adenosintrifosfát (ATP), který slouží jako úložna energie nejen v metabolismu rostlin, ale známe jej i z metabolismu lidského. Vždy, když se v organismu uvolní energie (např. během procesu dýchání), místo aby poletovala jen tak prostorem, je využita k výrobě ATP. Jakmile je pak někde energie potřeba, ATP je zase rozložen a uvolněná energie je použita k daným účelům. ATP proto můžeme chápat jako jakýsi akumulátor živých organismů.
Vedle ATP je energií ze Slunce také redukován koenzym NADP, pro biochemiky úplně běžný pojem, pro nás ostatní smrtelníky trochu sprosté slovo. Nicméně si rostlina uchová redukovanou formu tohoto koenzymu, nezbytného pro metabolismus, pro pozdější použití ve druhé fázi fotosyntézy, kde už světlo nebude k dispozici.
Abychom to shrnuli, dokud svítí sluníčko, rostlina vyrábí kyslík a "dobíjí si baterie". A jakmile je slunce za obzorem, může probíhat už jen tzv. temnostní fáze fotosyntézy, kdy rostlina konečně dělá taky něco pro své tělo. V této fázi totiž vyrábí glukózu, základní stavební jednotku i pro další sacharidy, např. celulózu, nebo chcete-li vlákninu. K syntéze potřebuje pouze oxid uhličitý a našetřenou energii ve formě ATP a NADP. No, a takhle to probíhá každý den a pořád stejně, krásně zařízeno.
Tuhle frajeřinu dokážou provést zelené rostliny, řasy, sinice, a dokonce i některé bakterie. Ale už ne všemocný člověk, který je na přísunu kyslíku z rostlin zcela závislý. A na to by měl pamatovat.
Víte, že
> veškeré rostlinstvo na Zemi vyprodukuje denně čtvrt biliónu tun kyslíku? Jeden průměrně vzrostlý listnatý strom vyrobí za plného osvětlení zhruba 1 000 litrů kyslíku za den.
> temnostní fáze fotosyntézy nemusí probíhat jenom ve tmě? Klidně i za světla, světlo pro syntézu glukózy už není třeba.
> značné úsilí je v současnosti věnováno vývoji umělé fotosyntézy, tedy vytvoření systému, který by využíval energii slunečního záření k štěpení vody na kyslík a vodík? Vodík by byl převáděn do palivových článků, z nichž by se získávala elektrická energie.
Autor: Ing. Martin Pém, martin.pem@synthesia.eu
