Kemi 03: Fotoner och livets molekyler

Publicerat: 2015-06-16 i glukos, Kemi
Etiketter:

Liv som vi känner det består av material från sedan länge döda stjärnor och supernovor och underhålls av fotoner. Tillräckligt stora stjärnor är hyfsat våldsamma och duger för att fusionera väte till helium* och vidare till ett antal ”lätta” grundämnen, fram till och med järn. De ger oss väte (atomnummer** 1), kol (6), kväve (7), syre (8),  natrium (11), magnesium (12), fosfor (15), svavel (16), klor (17), kalium (19), kalcium (20), krom (24), mangan (25) och slutligen järn (26).

Supernovor har långt större potential, de ger alla tyngre grundämnen inklusive de vi behöver, kobolt (27), nickel (28), koppar (29), zink (30), selen (34), molybden (42) och jod (53)

De tre vanligaste grundämnena i våra kroppar utgör 93%, syre, kol och väte, 65,1 kg av en normalviktig person på 70 kg. Ytterligare 4,4 kg kommer från kväve, kalcium, fosfor, svavel, kalium, klor och natrium. Det supernovorna förser oss ryms lätt i sista slatten.

Byggmaterialet kommer från sedan länge förintade stjärnor, men liv som vi känner det kräver ett kontinuerligt bidrag från en aktiv stjärna, Solen, en kontinuerlig ström av fotoner***. Det är den minsta energimängd som kan överföras av elektromagnetisk strålning vid en given frekvens, t.ex. synligt eller ultraviolett ljus och värmestrålning. Ju högre frekvens som förknippas med en foton desto högre blir dess energi. Som exempel kan vi ta kortvågigt UV-ljus som bränner oss albylbleka svenskar illröda när vi är obetänksamma och solar för intensivt.

De för livets underhåll viktigaste ”solfångarna” är växter som med klorofyll som sammanför koldioxid (CO2) med vatten och låter inkommande fotoner (ljusenergi) rumstera om i röran och ut kommer en kolkedja samt syre, processen kallas koldioxidfixerande fotosyntes:

6 H2O + 6 CO2 + energi → C6H12O6  + 6 O2

Fotoner har rörelseenergi och rörelsemängd, de har kraft att i samarbete med klorofyll arrangera om atomer och bindningar. Här skuffar de loss en syreatom från vardera kolet och flyttar dit två väteatomerna istället. De ”överblivna” syreatomerna gör gemensam sak och förenar sig parvis till syremolekyler. När detta sker i större skala får vi syre och atmosfärens koldioxid binds i växter, allt en förutsättning för livet.

Om vi ritar om förloppet något kan det se ut ungefär som detta:

Koldioxidfixerande fotosyntes

För tydlighets skull har jag blåmarkerat fem OH-grupper som gör glukosen hydrofil, löser sig i vatten. De är en förutsättning för majoriteten av metabolismens kemi även för andra ämnen än glukos. Notera att kolkedjan är mättad, den innehåller inga dubbelbindningar mellan kolatomerna!

I en vattenlösning som t.ex. blod ändrar glukosmolekyler form, 99% uppträder i form av ringar:

Glucopyranose

Observera att beskrivningen är ytterst förenklad för att illustrera principer snarare än att återge det verkliga förloppet som är betydligt mer komplicerat.


*) Helium finns på Jorden, men observerades första gången 1868 i spektrallinjer från Solen och fick sitt namn efter Helios, en grekisk mytologisk personifiering av Solen.

**) Atomnumret anger antalet protoner (positiva laddningar) i  grundämnets kärna, samtidigt även antalet elektroner den omges av.

***) När Solen står högt på en molnfri himmel når i storleksordningen 2 kW (kilowatt!) fotoner varje kvadratmeter av jordytan. Växter lagrar i storleksordningen 1% av infallande ljusenergi som kemiska föreningar.

Annonser

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s