Gli enzimi sono proteine ​​che accelerano le reazioni chimiche necessarie per tutta la vita sulla Terra - piante e animali - e molti degli enzimi sono gli stessi. Uno dei compiti degli enzimi è elaborare il cibo e convertirlo in una forma che possa fornire energia all'organismo. Gli animali prendono il cibo da ciò che mangiano, ma le piante prendono il loro cibo in un processo chiamato fotosintesi - un processo in cui gli enzimi giocano ruoli chiave.

Come funzionano gli enzimi

Ogni reazione chimica richiede un un piccolo calcio di energia per iniziare. Quell'energia è chiamata energia di attivazione. Gli enzimi riuniscono molecole - chiamate substrati - e riducono l'energia di attivazione delle reazioni chimiche, creando prodotti chimici. Gli enzimi aumentano il tasso di reazioni chimiche di molti milioni di volte. Gli enzimi catalizzano, o promuovono, reazioni chimiche e non vengono consumati nella reazione chimica. Cioè, una volta che i prodotti sono stati rilasciati dall'enzima, è pronto ad accettare nuovi substrati e ricominciare.

Fotosintesi

La fotosintesi è una serie di interazioni chimiche e fisiche che utilizzano l'energia della luce convertire sei molecole di biossido di carbonio e 12 molecole d'acqua in una molecola di glucosio, sei molecole d'acqua e sei molecole di ossigeno. Le fasi di energy harvesting dipendono dalla luce, mentre i passaggi che costruiscono la molecola di glucosio sono indipendenti dalla luce, ovvero possono anche accadere al buio. L'intero processo coinvolge diversi enzimi, ma due sono particolarmente importanti: ATPase e Rubisco.

Il primo stadio della reazione dipendente dalla luce si verifica quando un fotone - un piccolo pacchetto di energia luminosa - viene assorbito dalla clorofilla . L'energia viene trasferita lungo una catena di molecole vicine fino a che non salta su un'altra molecola. Lungo la strada, l'energia dell'elettrone sposta alcuni protoni da un lato di una membrana all'altra.

ATP Synthase

Come l'energia luminosa catturata viene utilizzata per trasferire protoni su un lato di una membrana all'interno la cellula vegetale, i protoni extra creano un campo elettrico attraverso la membrana. La forza del campo elettrico spinge i protoni indietro all'altro lato della membrana, ma c'è solo un modo attraverso: attraverso un enzima chiamato ATPasi. ATPase è incorporato direttamente nella membrana, come un turnstyle che consente di far passare un protone alla volta mentre ruota. La rotazione aggiunge energia a una molecola di adenosina difosfato, convertendo l'adenosina difosfato, ADP, ad adenosina trifosfato, ATP. L'ATP è come una batteria per la cella. Contiene energia che la cellula può usare per fare altre cose.

Rubisco

La "sintesi" di "fotosintesi" è la costruzione di una molecola di zucchero dal biossido di carbonio, e quella parte del il processo è fatto da un altro enzima: la bisolfosfato carbossilasi, spesso abbreviato in rubisco. Rubisco combina tre molecole di zucchero a cinque-carbonio con tre molecole di anidride carbonica - che la pianta estrae dall'aria - per produrre tre molecole di sei-carbonio. Diverse molecole di ATP danno la loro energia ai passaggi successivi, che convertono i prodotti di rubisco in glucosio e altre molecole e un altro set di zuccheri a cinque carbonio per ricominciare tutto da capo. Questo processo è chiamato il ciclo di Calvin. Rubisco funziona lentamente, come gli enzimi, creando solo circa tre molecole di glucosio al secondo, quindi le piante hanno bisogno di molto rubisco. Alcuni scienziati credono che il rubisco sia la proteina più abbondante sulla Terra.