Was passiert, wenn ein Chlorophyll-Molekül Licht absorbiert?

Wenn Sie an den Wissenschaftszweig denken, der sich damit beschäftigt, wie Pflanzen ihre "Nahrung" bekommen, denken Sie wahrscheinlich zuerst an die Biologie. Aber in Wirklichkeit ist es Physik im Dienste der Biologie, denn es ist die Lichtenergie der Sonne, die zuerst in Gang kam und jetzt alles Leben auf dem Planeten Erde antreibt. Konkret handelt es sich um eine Energieübertragungskaskade, die in Gang gesetzt wird, wenn Photonen in leicht getroffenen Teilen von a Chlorophyll Molekül.

Die Rolle von Photonen in Photosynthese soll von Chlorophyll auf eine Weise absorbiert werden, die bewirkt, dass Elektronen in einem Teil des Chlorophyllmoleküls vorübergehend "erregt" werden oder in einen höheren Energiezustand gelangen. Während sie zu ihrem üblichen Energieniveau zurückdriften, treibt die Energie, die sie freisetzen, den ersten Teil der Photosynthese an. Ohne Chlorophyll könnte die Photosynthese also nicht stattfinden.

Pflanzen und Tiere sind beide Eukaryoten. Als solche haben ihre Zellen weit mehr als das Nötigste, was alle Zellen haben müssen (eine Zellmembran, Ribosomen, Zytoplasma und DNA). Ihre Zellen sind reich an membrangebundenen

Innerhalb der Chloroplasten befinden sich Strukturen, die als Thylakoide bezeichnet werden und eine eigene Membran haben. Im Inneren der Thylakoide sitzt das als Chlorophyll bekannte Molekül, das gewissermaßen auf Anweisungen in Form eines buchstäblichen Lichtblitzes wartet.
Lesen Sie mehr über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Pflanzen- und Tierzellen.

Alle Lebewesen brauchen eine Kohlenstoffquelle als Brennstoff. Tiere können einfach genug bekommen, indem sie essen und darauf warten, dass ihre Verdauungs- und Zellenzyme die Materie in Glukosemoleküle umwandeln. Aber Pflanzen müssen Kohlenstoff über ihre Blätter aufnehmen, in Form von Kohlendioxidgas (CO₂) in der Atmosphäre.

Die Aufgabe der Photosynthese besteht darin, Pflanzen bis zu dem Punkt zu fangen, an dem metabolisch gesprochen die Tiere sofort Glukose aus ihrer Nahrung erzeugt haben. Bei Tieren bedeutet dies, verschiedene kohlenstoffhaltige Moleküle zu verkleinern, bevor sie überhaupt Zellen erreichen, bei Pflanzen jedoch, kohlenstoffhaltige Moleküle zu erzeugen größer und innerhalb von Zellen.

In der ersten Reihe von Reaktionen, genannt Lichtreaktionen weil sie direktes Licht benötigen, Enzyme namens Photosystem I und Photosystem II in der Thylakoidmembran werden verwendet, um Lichtenergie für die Synthese von ATP- und NADPH-Molekülen in einen Elektronentransport umzuwandeln System.
Lesen Sie mehr über die Elektronentransportkette.

Im sogenannten dunkle Reaktionen, die weder Licht benötigen noch durch Licht gestört werden, die im ATP und NADPH geerntete Energie (da nichts kann Licht direkt "speichern") wird verwendet, um Glukose aus Kohlendioxid und anderen Kohlenstoffquellen im Pflanze.

Pflanzen haben neben Chlorophyll viele Pigmente, wie das Phycoerthryin und die Carotinoide. Chlorophyll hat jedoch a Porphyrin Ringstruktur, ähnlich einer im Hämoglobinmolekül beim Menschen. Der Porphyrinring des Chlorophylls enthält jedoch das Element Magnesium, wo Eisen im Hämoglobin vorkommt.

Chlorophyll absorbiert Licht im grünen Teil des sichtbaren Teils des Lichtspektrums, das insgesamt einen Bereich von etwa 350 bis 800 Milliardstel Meter umfasst.

In gewisser Weise absorbieren pflanzliche Lichtrezeptoren Photonen und verwenden sie, um eingedöste Elektronen in einen Zustand aufgeregter Wachheit zu treten, was sie dazu bringt, eine Treppe hinaufzulaufen. Schließlich beginnen auch benachbarte Elektronen in nahegelegenen Chlorophyll-"Häusern" herumzulaufen. Während sie sich wieder in ihren Nickerchen niederlassen, ermöglicht ihr Heruntereilen nach unten, dass Zucker durch einen komplexen Mechanismus gebildet wird, der die Energie aus ihren Schritten einfängt.

Wenn Energie von einem Chlorophyllmolekül auf ein benachbartes übertragen wird, wird dies als Resonanzenergietransfer bezeichnet, oder Aufregung Transfer.