„Ako je najbolji izvor energije onaj koji je prisutan u izobilju, jeftin i čist, onda su biljke mnogo pametnije od ljudi“.

Uvek sam se pitala zašto biljke mogu same sebi da stvore hranu od sunca, vode i vazduha dok mi moramo da jedemo drugo biće? Bilo bi super da prosto uzmem hloroplaste biljaka (organele biljaka u kojima se odvija fotosinteza) i rešim celu stvar, ali nije tako jednostavno. Ipak, naučnici ne odustaju od ideje da i mi koristimo sunčevu svetlost kao glavni izvor energije za sintezu potrebnih organskih jedinjenja koja posle možemo koristiti kao hranu za uzgoj stoke ili gorivo. Na kraju krajeva možda i u našoj ishrani.

Za početak da pojasnimo šta je tačno fotosinteza. Sastoji se iz dve faze: takozvane „svetle“ (fotohemijske) kada posebno jedinjenje, hlorofil, apsorbuje vidljivu plavu ili crvenu svetlost i preda elektron molekulu NADP (služi da prenese elektrone i protone sa jednog molekula na drugi). Da bi hlorofil nadoknadio svoj elektron on ga, da tako kažem, uzima od molekula vode u blizini pri čemu se voda jonizuje. Istovremeno nastaje još jedno važno jedinjenje – ATP, koji služi da prenese energiju iz jednog u drugi proces. I to je kraj prve faze. Sledi „tamna“  (biohemijska) faza kada se prethodno nastali ATP i  NADPH koriste za sintezu organskih jedinjenja zajedno sa ugljen-dioksidom iz atmosfere. Enzim RuBisCO (ribulozo-1,5-bisfosfat karbokslaza oksigenaza) vrši redukciju ugljenika iz CO2 preuzimanjem elektrona i protona sa NADPH zahvaljujući energiji ATP-a i ugrađuje takav ugljenik u organski niz, takozvane ugljovodonike. Nastalo jedinjenje se posle transportuje, skladišti i koristi kada je potrebna energija. Ova druga faza je ciklična jer se ribuloza-bisfosfat obnavlja tokom procesa i zato se još naziva i Kalvinov ciklus.

Da sumiramo: sunčevo zračenje se prevodi u energijom bogata jedinjenja pri čemu je važno prisustvo vode (neki organizmi umesto vode koriste vodonik-sulfid, al je to već druga priča). Nastala jedinjenja se koriste za redukciju ugljen-dioksida da bi se dobili ugljenovodonici. Kao produkt se oslobađa O2 kojeg ne bi bilo da nema fotosinteze. I to je to. Ipak, koliko god da zvuči jednostavno, nimalo nije.

Za razliku od fotoćelija u kojima se sunčevo zračenje koristi za dobijanje struje, proces dobijanja organskih jedinjenja na ovaj način je veoma zahtevan. Iako biljke fotosintezom godišnje potroše čak 350 gigatona CO2 iz atmosfere, ovaj proces je nezahvalan da tako kažem. Glavni razlog za to je upravo RuBisCO koji je aktivan samo u prisustvu svetlosti i osetljiv na veće količine kiseonika. Sam naziv enzima govori da je u pitanju karboksilaza (fiksira ugljenik), ali i oksigenaza (oksiduje ribulozo-bisfosfat i sprečava ugradnju ugljen-dioksida) u zavisnosti od toga kakav je odnos CO2 i O2 u hloroplastu. Da bi poboljšali efikasnost fotosinteze naučnici su (2016. godine) krenuli od ove tačke kao najvažnije i odlučili da zamene RuBisCO nekom efikasnijom karboksilazom. Za sada najefikasnija otkrivena je enol-SoA karboksilaza (ESR) kod neautotrofnih bakterija. ESR je neosetljiva na kiseonik i ne koristi ga kao supstrat što je velika prednost.

Druga stavka: bilo je potrebno otkriti pogodan supstrat za karboksilaciju umesto ribulozo-bisfosfata kako bi proces isto bio cikličan. Na ovaj način je otkriven veći broj mogućih biohemijskih ciklusa, pa je sledeća stavka bila određivanje količine energije koja se potroši (u vidu ATP-a i NADPH) u svakom ciklusu. Rezultati su pokazali da svi potencijalni alternativni putevi fotosinteze troše manje energije nego fotosinteza u biljkama. Ovde je naravno bilo još mnogo važnih stavki da bi ceo proces veštačke fotosinteze mogao pravilno da se odvija u laboratoriji (in vitro). Na primer odabir enzima za zaštitu od štetnih oksidativnih jedinjenja kao što je peroksid, zatim odabir komponenti za prenos elektrona i dr.  Sve u svemu, veštačka fotosinteza je moguća i postignuta u laboratoriji!

Sledeći ciljevi su unošenje ovakvog sistema u živu ćeliju – biljku ili nekog neautotrofa kao što je Escherichia coli. Problem mogu biti nespecifične reakcije usled prisustva veštačkog sistema unutar ćelije sa mnogo drugih enzima i supstrata. Ko zna šta sve može da reaguje, pri čemu mogu nastati otrovna jedinjenja. Prednosti su smanjenje količine ugljen-dioksida u atmosferi pre svega, ali i mogućnost dobijanja čistog vodonika tokom prve faze fotosinteze koji se posle može koristiti kao gorivo umesto benzina i svih drugih oblika čijom upotrebom oslobađamo još više CO2, metana itd.

Potreban je veliki broj eksperimenata kako bi ove zamisli postale ostvarive ali možemo reći da smo počeli.

Izvor:http://ekoblog.info/rs/vestacka-fotosinteza/

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

two × three =

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.