Když pomyslíte na vědní obor, který se zabývá tím, jak rostliny získávají své „jídlo“, s největší pravděpodobností nejprve zvážíte biologii. Ale ve skutečnosti je to fyzika ve službách biologie, protože to je světelná energie ze slunce, která nejprve nakopla rychlost a nyní pokračuje v pohánění veškerého života na planetě Zemi. Konkrétně se jedná o kaskádu přenosu energie uvedenou do pohybu, když fotony ve světelných úderných částech a chlorofyl molekula.
Role fotonů v fotosyntéza má být absorbován chlorofylem způsobem, který způsobí, že se elektrony v části molekuly chlorofylu dočasně „vzbudí“ nebo ve stavu s vyšší energií. Když se vznášejí zpět k obvyklé energetické úrovni, uvolněná energie pohání první část fotosyntézy. Bez chlorofylu tedy nemohla nastat fotosyntéza.
Rostlinné buňky vs. Živočišné buňky
Rostliny i zvířata jsou oba eukaryoty. Jejich buňky jako takové mají mnohem více, než je naprosté minimum, které všechny buňky musí mít (buněčná membrána, ribozomy, cytoplazma a DNA). Jejich buňky jsou bohaté na membránově vázané
organely, kteří v buňce vykonávají specializované funkce. Jeden z nich je exkluzivní pro rostliny a nazývá se chloroplast. V těchto podlouhlých organelách dochází k fotosyntéze.Uvnitř chloroplastů jsou struktury zvané thylakoidy, které mají vlastní membránu. Uvnitř tylakoidů je místo, kde sedí molekula známá jako chlorofyl, v jistém smyslu čekající na pokyny v podobě doslovného záblesku světla.
Přečtěte si více o podobnostech a rozdílech mezi rostlinnými a živočišnými buňkami.
Role fotosyntézy
Vše živé potřebuje zdroj uhlíku jako palivo. Zvířata si mohou jednoduše přijít na jídlo a čekat, až jejich trávicí a buněčné enzymy přemění hmotu na molekuly glukózy. Rostliny však musí přijímat uhlík prostřednictvím svých listů ve formě plynný oxid uhličitý (CO2) v atmosféře.
Úlohou fotosyntézy je třídit úlovky rostlin až do stejného bodu, metabolicky řečeno, že zvířata jsou okamžitě generována glukózou z potravy. U zvířat to znamená zmenšení různých molekul obsahujících uhlík ještě předtím, než se vůbec dostanou do buněk, ale u rostlin to znamená zmenšení molekul obsahujících uhlík větší a uvnitř buněk.
Reakce fotosyntézy
V první sadě reakcí, tzv světelné reakce protože vyžadují přímé světlo, enzymy zvané Photosystem I a Photosystem II v tylakoidní membráně se používají k přeměně světelné energie pro syntézu molekul ATP a NADPH v transportu elektronů Systém.
Přečtěte si více o řetězci transportu elektronů.
V tzv temné reakce, které nevyžadují ani nejsou rušeny světlem, energie sklizená v ATP a NADPH (protože nic může "ukládat" světlo přímo) se používá k výrobě glukózy z oxidu uhličitého a dalších zdrojů uhlíku v rostlina.
Chemie chlorofylu
Rostliny mají kromě chlorofylu také mnoho pigmentů, jako je fykoerthryin a karotenoidy. Chlorofyl však má porfyrin kruhová struktura, podobná jedné v molekule hemoglobinu u lidí. Porfyrinový kruh chlorofylu však obsahuje prvek hořčík, kde se železo objevuje v hemoglobinu.
Chlorofyl absorbuje světlo v zelené části viditelné části světelného spektra, které se v celém rozsahu rozprostírá v rozmezí asi 350 až 800 miliardtin metru.
Fotoexcitace chlorofylu
V jistém smyslu receptory rostlinného světla absorbují fotony a používají je k nakopání elektronů, které dřímaly, do stavu vzrušené bdělosti, což je vedlo k tomu, aby vyšli po schodech. Nakonec začnou pobíhat i sousední elektrony v blízkých „domovech“ chlorofylu. Když se usadili zpět do svých zdřímnutí, jejich spěchání zpět dolů umožnilo vybudování cukru prostřednictvím složitého mechanismu, který zachycuje energii z jejich kroků.
Když se energie přenáší z jedné molekuly chlorofylu na sousední, nazývá se to přenos rezonanční energie nebo exciton převod.