Cosa succede quando una molecola di clorofilla assorbe la luce?

Quando pensi al ramo della scienza coinvolto nel modo in cui le piante ottengono il loro "cibo", molto probabilmente consideri prima la biologia. Ma in realtà, è la fisica al servizio della biologia perché è l'energia luminosa del sole che per prima ha dato il via, e ora continua ad alimentare, tutta la vita sul pianeta Terra. Nello specifico, si tratta di una cascata di trasferimento di energia messa in moto quando fotoni in parti di urto leggero di a clorofilla molecola.

Il ruolo dei fotoni in fotosintesi deve essere assorbito dalla clorofilla in modo tale che gli elettroni in una porzione della molecola di clorofilla diventino temporaneamente "eccitati" o in uno stato energetico superiore. Mentre tornano al loro normale livello di energia, l'energia che rilasciano alimenta la prima parte della fotosintesi. Quindi senza clorofilla, la fotosintesi non potrebbe avvenire.

Sia le piante che gli animali sono eucarioti. In quanto tali, le loro cellule hanno molto più del minimo indispensabile che tutte le cellule devono avere (membrana cellulare, ribosomi, citoplasma e DNA). Le loro cellule sono ricche di sostanze legate alla membrana

All'interno dei cloroplasti ci sono strutture chiamate tilacoidi, che hanno una propria membrana. All'interno dei tilacoidi è dove si trova la molecola nota come clorofilla, in un certo senso in attesa di istruzioni sotto forma di un letterale lampo di luce.
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Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di una fonte di carbonio come combustibile. Gli animali possono ottenere il loro abbastanza semplicemente mangiando e aspettando che i loro enzimi digestivi e cellulari trasformino la materia in molecole di glucosio. Ma le piante devono assorbire carbonio attraverso le foglie, sotto forma di anidride carbonica (CO₂) nell'atmosfera.

Il ruolo della fotosintesi è quello di catturare le piante fino allo stesso punto, metabolicamente parlando, in cui gli animali hanno subito generato glucosio dal loro cibo. Negli animali questo significa rendere più piccole le varie molecole contenenti carbonio prima ancora che raggiungano le cellule, ma nelle piante significa rendere le molecole contenenti carbonio più grandi e all'interno delle cellule.

Nella prima serie di reazioni, chiamata reazioni alla luce perché richiedono luce diretta, enzimi chiamati Fotosistema I e Fotosistema II nella membrana tilacoide sono utilizzati per convertire l'energia luminosa per la sintesi di molecole di ATP e NADPH, in un trasporto di elettroni sistema.
Maggiori informazioni sulla catena di trasporto degli elettroni.

Nel cosiddetto reazioni oscure, che non richiedono né sono disturbati dalla luce, l'energia raccolta nell'ATP e NADPH (poiché nulla può "immagazzinare" la luce direttamente) viene utilizzato per costruire glucosio dall'anidride carbonica e da altre fonti di carbonio nel pianta.

Le piante hanno molti pigmenti oltre alla clorofilla, come la ficoertriina e i carotenoidi. La clorofilla, tuttavia, ha una porfirina struttura ad anello, simile a quella della molecola dell'emoglobina nell'uomo. L'anello porfirinico della clorofilla contiene però l'elemento magnesio, dove il ferro compare nell'emoglobina.

La clorofilla assorbe la luce nella porzione verde della sezione visibile dello spettro luminoso, che in tutto copre un intervallo di circa 350-800 miliardesimi di metro.

In un certo senso, i recettori di luce delle piante assorbono i fotoni e li usano per calciare gli elettroni che si sono appisolati in uno stato di veglia eccitata, portandoli a correre su una rampa di scale. Alla fine, anche gli elettroni vicini nelle vicine "case" di clorofilla iniziano a correre. Mentre si sistemano nei loro sonnellini, la loro corsa al piano di sotto consente di costruire lo zucchero attraverso un meccanismo complesso che intrappola l'energia dai loro passi.

Quando l'energia viene trasferita da una molecola di clorofilla a una adiacente, questo è chiamato trasferimento di energia di risonanza, o, eccitazione trasferimento.