Lorsque vous pensez à la branche de la science impliquée dans la façon dont les plantes obtiennent leur «nourriture», vous pensez probablement d'abord à la biologie. Mais en réalité, c'est la physique au service de la biologie car c'est l'énergie lumineuse du soleil qui a d'abord déclenché, et continue maintenant d'alimenter, toute la vie sur la planète Terre. Concrètement, il s'agit d'une cascade de transfert d'énergie mise en mouvement lorsque photons dans les parties de grève légère d'un chlorophylle molécule.
Le rôle des photons dans photosynthèse doit être absorbé par la chlorophylle d'une manière qui fait que les électrons d'une partie de la molécule de chlorophylle deviennent temporairement « excités » ou dans un état d'énergie plus élevé. En revenant à leur niveau d'énergie habituel, l'énergie qu'ils libèrent alimente la première partie de la photosynthèse. Ainsi, sans chlorophylle, la photosynthèse ne pourrait pas avoir lieu.
Cellules végétales vs. Cellules animales
Les plantes et les animaux sont tous deux eucaryotes. En tant que telles, leurs cellules ont bien plus que le strict minimum que toutes les cellules doivent avoir (une membrane cellulaire, des ribosomes, du cytoplasme et de l'ADN). Leurs cellules sont riches en membranes
organites, qui remplissent des fonctions spécialisées au sein de la cellule. L'un d'eux est exclusif aux plantes et s'appelle le chloroplaste. C'est au sein de ces organites oblongs que se produit la photosynthèse.À l'intérieur des chloroplastes se trouvent des structures appelées thylakoïdes, qui ont leur propre membrane. À l'intérieur des thylakoïdes se trouve la molécule connue sous le nom de chlorophylle, attendant en quelque sorte des instructions sous la forme d'un éclair de lumière littéral.
En savoir plus sur les similitudes et les différences entre les cellules végétales et animales.
Le rôle de la photosynthèse
Tous les êtres vivants ont besoin d'une source de carbone comme combustible. Les animaux peuvent obtenir le leur simplement en mangeant et en attendant que leurs enzymes digestives et cellulaires transforment la matière en molécules de glucose. Mais les plantes doivent absorber du carbone par leurs feuilles, sous forme de gaz carbonique (CO2) dans l'atmosphère.
Le rôle de la photosynthèse est en quelque sorte d'attraper les plantes au même point, métaboliquement parlant, que les animaux sont à la fois ils ont généré du glucose à partir de leur nourriture. Chez les animaux, cela signifie rendre diverses molécules contenant du carbone plus petites avant même qu'elles n'atteignent les cellules, mais chez les plantes, cela signifie fabriquer des molécules contenant du carbone. plus grand et à l'intérieur des cellules.
Les réactions de la photosynthèse
Dans la première série de réactions, appelée réactions lumineuses car ils nécessitent de la lumière directe, des enzymes appelées photosystème I et photosystème II dans la membrane thylacoïdienne sont utilisés pour convertir l'énergie lumineuse pour la synthèse des molécules d'ATP et de NADPH, dans un transport d'électrons système.
En savoir plus sur la chaîne de transport d'électrons.
Dans le soi-disant réactions sombres, qui ne nécessitent ni ne sont perturbés par la lumière, l'énergie récoltée dans l'ATP et le NADPH (puisque rien peut « stocker » la lumière directement) est utilisé pour produire du glucose à partir de dioxyde de carbone et d'autres sources de carbone dans le plante.
Chimie de la Chlorophylle
Les plantes ont de nombreux pigments en plus de la chlorophylle, comme la phycoerthryine et les caroténoïdes. Cependant, la chlorophylle a un porphyrine structure en anneau, similaire à celle de la molécule d'hémoglobine chez l'homme. L'anneau porphyrine de la chlorophylle contient cependant l'élément magnésium, où le fer apparaît dans l'hémoglobine.
La chlorophylle absorbe la lumière dans la partie verte de la section visible du spectre lumineux, qui s'étend au total sur une plage d'environ 350 à 800 milliardièmes de mètre.
Photoexcitation de la chlorophylle
Dans un sens, les récepteurs de lumière des plantes absorbent les photons et les utilisent pour donner un coup de pied aux électrons qui somnolaient dans un état d'éveil excité, les amenant à monter un escalier. Finalement, les électrons voisins dans les « maisons » voisines de la chlorophylle commencent également à courir. Au fur et à mesure qu'ils se réinstallent dans leurs siestes, leur dévaler les escaliers permet au sucre de se construire grâce à un mécanisme complexe qui piège l'énergie de leurs pas.
Lorsque l'énergie est transférée d'une molécule de chlorophylle à une autre adjacente, cela s'appelle transfert d'énergie de résonance, ou exciton transfert.