Τι συμβαίνει όταν ένα μόριο χλωροφύλλης απορροφά το φως;

Όταν σκέφτεστε τον κλάδο της επιστήμης που εμπλέκεται στον τρόπο με τον οποίο τα φυτά παίρνουν το «φαγητό» τους, πιθανότατα θα εξετάσετε πρώτα τη βιολογία. Αλλά στην πραγματικότητα, είναι η φυσική στην υπηρεσία της βιολογίας, επειδή η ενέργεια του φωτός από τον ήλιο που ξεκίνησε για πρώτη φορά, και τώρα συνεχίζει να τροφοδοτεί όλη τη ζωή στον πλανήτη Γη. Συγκεκριμένα, είναι ένας καταρράκτης μεταφοράς ενέργειας που κινείται όταν φωτόνια σε μέρη ελαφρού χτυπήματος ενός χλωροφύλλη μόριο.

Ο ρόλος των φωτονίων στο φωτοσύνθεση πρόκειται να απορροφηθεί από τη χλωροφύλλη με τρόπο που να προκαλεί προσωρινά "διέγερση" ή σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας τα ηλεκτρόνια σε ένα μέρος του μορίου της χλωροφύλλης. Καθώς μετακινούνται πίσω στο συνηθισμένο επίπεδο ενέργειας, η ενέργεια που απελευθερώνουν ενισχύει το πρώτο μέρος της φωτοσύνθεσης. Έτσι, χωρίς χλωροφύλλη, η φωτοσύνθεση δεν μπορούσε να συμβεί.

Τα φυτά και τα ζώα είναι και τα δύο ευκαρυωτικά. Ως τέτοια, τα κύτταρα τους έχουν πολύ περισσότερα από τα ελάχιστα όλα τα κύτταρα (κυτταρική μεμβράνη, ριβοσώματα, κυτταρόπλασμα και DNA). Τα κύτταρα τους είναι πλούσια σε μεμβράνη

Μέσα στους χλωροπλάστες υπάρχουν δομές που ονομάζονται θυλακοειδή, οι οποίες έχουν τη δική τους μεμβράνη. Στο εσωτερικό των θυλακοειδών βρίσκεται το μόριο που είναι γνωστό ως χλωροφύλλη, με μια έννοια που περιμένει οδηγίες με τη μορφή κυριολεκτικής λάμψης φωτός.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων.

Όλα τα έμβια όντα χρειάζονται πηγή άνθρακα για καύσιμα. Τα ζώα μπορούν να πάρουν τα δικά τους απλά τρώγοντας και περιμένοντας τα πεπτικά και κυτταρικά ένζυμα να μετατρέψουν την ύλη σε μόρια γλυκόζης. Αλλά τα φυτά πρέπει να λαμβάνουν άνθρακα μέσω των φύλλων τους, με τη μορφή αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) στην ατμόσφαιρα.

Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης είναι η ταξινόμηση φυτών μέχρι το ίδιο σημείο, μεταβολικά, ότι τα ζώα έχουν παράγει γλυκόζη από την τροφή τους. Σε ζώα αυτό σημαίνει να κάνουμε διάφορα μόρια που περιέχουν άνθρακα μικρότερα προτού φτάσουν ακόμη και σε κύτταρα, αλλά στα φυτά σημαίνει παραγωγή μορίων που περιέχουν άνθρακα μεγαλύτερος και μέσα στα κελιά.

Στο πρώτο σύνολο αντιδράσεων, που ονομάζεται ελαφριές αντιδράσεις επειδή απαιτούν άμεσο φως, ένζυμα που ονομάζονται Photosystem I και Photosystem II στη μεμβράνη του θυλακοειδούς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας για τη σύνθεση των μορίων ATP και NADPH, σε μια μεταφορά ηλεκτρονίων Σύστημα.
Διαβάστε περισσότερα για την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Στο λεγόμενο σκοτεινές αντιδράσεις, που ούτε απαιτούν ούτε διαταράσσονται από το φως, την ενέργεια που συλλέγεται στο ATP και στο NADPH (αφού τίποτα μπορεί να "αποθηκεύσει" φως απευθείας) χρησιμοποιείται για την παραγωγή γλυκόζης από διοξείδιο του άνθρακα και άλλες πηγές άνθρακα στο φυτό.

Τα φυτά έχουν πολλές χρωστικές ουσίες εκτός από τη χλωροφύλλη, όπως η φυκοερρυθίνη και τα καροτενοειδή. Η χλωροφύλλη, ωστόσο, έχει πορφυρίνη δομή δακτυλίου, παρόμοια με εκείνη του μορίου της αιμοσφαιρίνης στον άνθρωπο. Ο δακτύλιος πορφυρίνης της χλωροφύλλης περιέχει το στοιχείο μαγνήσιο, ωστόσο, όπου ο σίδηρος εμφανίζεται στην αιμοσφαιρίνη.

Η χλωροφύλλη απορροφά φως στο πράσινο τμήμα του ορατού τμήματος του φάσματος φωτός, το οποίο σε όλες κυμαίνεται από περίπου 350 έως 800 δισεκατομμυριοστά του μέτρου.

Κατά μία έννοια, οι υποδοχείς φωτός των φυτών απορροφούν φωτόνια και τα χρησιμοποιούν για να κλωτσούν τα ηλεκτρόνια που έχουν περάσει σε κατάσταση ενθουσιασμένης αφύπνισης, οδηγώντας τους να τρέξουν μια σκάλα. Τελικά, γειτονικά ηλεκτρόνια σε κοντινά "σπίτια" χλωροφύλλης αρχίζουν να τρέχουν επίσης. Καθώς επανέλθουν στον ύπνο τους, το τρέξιμο τους πίσω κάτω επιτρέπει την κατασκευή ζάχαρης μέσω ενός πολύπλοκου μηχανισμού που παγιδεύει την ενέργεια από τα πόδια τους.

Όταν η ενέργεια μεταφέρεται από ένα μόριο χλωροφύλλης σε ένα παρακείμενο, αυτό ονομάζεται μεταφορά ενέργειας συντονισμού ή ενθουσιασμός ΜΕΤΑΦΟΡΑ.