כאשר אתה חושב על ענף המדע העוסק באיך שצמחים מקבלים את "המזון" שלהם, סביר להניח שאתה מתחשב בביולוגיה קודם. אך במציאות, מדובר בפיזיקה בשירות הביולוגיה מכיוון שזו אנרגיית האור מהשמש שהתחילה להילוך, וכעת ממשיכה לשלטון, כל החיים על פני כדור הארץ. באופן ספציפי, מדובר במפל העברת אנרגיה שיוצא לדרך כאשר פוטונים בחלקים קלים של שביתה כלורופיל מולקולה.
תפקידם של פוטונים ב פוטוסינתזה הוא להיספג על ידי כלורופיל באופן שגורם לאלקטרונים בחלק ממולקולת הכלורופיל להיות "נרגשים" באופן זמני, או במצב אנרגיה גבוה יותר. כאשר הם נסוגים חזרה לעבר רמת האנרגיה הרגילה שלהם, האנרגיה שהם משחררים מניע את החלק הראשון של הפוטוסינתזה. לפיכך ללא כלורופיל, פוטוסינתזה לא הייתה יכולה להתרחש.
תאי צמח לעומת תאי בעלי חיים
צמחים ובעלי חיים הם שניהם אקריוטים. ככאלה, לתאים שלהם יש הרבה יותר ממינימום מוחלט שכל התאים חייבים להכיל (קרום תא, ריבוזומים, ציטופלזמה ו- DNA). התאים שלהם עשירים בקשרי קרום אברונים, המבצעים פונקציות מיוחדות בתא. אחד מהם בלעדי לצמחים ונקרא כלורופלסט. בתוך אברונים מלבניים אלה מתרחשת פוטוסינתזה.
בתוך הכלורופלסטים נמצאים מבנים הנקראים תילאקואידים, בעלי קרום משלהם. בתוך התילאקואידים נמצא המקום בו המולקולה המכונה כלורופיל יושבת, במובן מסוים ממתינה להוראות בצורת הבזק אור מילולי.
קרא עוד על הדמיון וההבדלים בין תאים צמחיים ובעלי חיים.
תפקיד הפוטוסינתזה
כל היצורים החיים זקוקים למקור פחמן לדלק. בעלי חיים יכולים להשיג את שלהם בפשטות מספיק על ידי אכילה, והמתנה לאנזימי העיכול והתאים שלהם כדי להפוך את החומר למולקולות גלוקוז. אך צמחים חייבים לקחת פחמן דרך העלים שלהם, בצורה של גז פחמן דו חמצני (CO2) באווירה.
תפקידה של הפוטוסינתזה הוא למיין תפיסת צמחים עד לאותה נקודה, מבחינה מטבולית, שלבעלי חיים הם מייצרים גלוקוז מהאוכל שלהם. בבעלי חיים זה אומר להקטין מולקולות המכילות פחמן שונות עוד לפני שהן מגיעות לתאים, אך בצמחים פירושן להפוך מולקולות המכילות פחמן יותר גדול ובתוך תאים.
תגובות הפוטוסינתזה
במערך התגובות הראשון, שנקרא תגובות קלות מכיוון שהם דורשים אור ישיר, אנזימים הנקראים פוטוסיסטם I ופוטוסיסטם II בקרום התילקואידי משמשים להמרת אנרגיית אור לסינתזה של מולקולות ATP ו- NADPH, בהובלת אלקטרונים מערכת.
קרא עוד על שרשרת הובלת האלקטרונים.
במה שנקרא תגובות חשוכות, שאינם דורשים ואינם מופרעים מאור, האנרגיה שנקצרה ב- ATP וב- NADPH (מכיוון ששום דבר יכול "לאחסן" אור ישירות) משמש לבניית גלוקוז מפחמן דו חמצני וממקורות פחמן אחרים באזור צמח.
כימיה של כלורופיל
לצמחים יש הרבה פיגמנטים בנוסף לכלורופיל, כמו הפיקרואטרין והקרוטנואידים. אולם לכלורופיל יש פורפירין מבנה הטבעת, דומה לזה שבמולקולת ההמוגלובין בבני אדם. טבעת הפורפירין של הכלורופיל מכילה את היסוד מגנזיום, אולם שם מופיע ברזל בהמוגלובין.
כלורופיל סופג אור בחלק הירוק של החלק הנראה לעין של ספקטרום האור, אשר בסך הכל משתרע על פני טווח של כ- 350 עד 800 מיליארד של מטר.
צילום עירור של כלורופיל
במובן מסוים, קולטני אור צמחיים סופגים פוטונים ומשתמשים בהם לבעוט באלקטרונים שנמנמו למצב של ערות נרגשת, מה שמוביל אותם לעלות במעלה מדרגות. בסופו של דבר, גם אלקטרונים שכנים ב"בתים "של כלורופיל מתחילים להסתובב. כשהם מתיישבים בתנומותיהם, החיפזון שלהם למטה מאפשר לבנות סוכר באמצעות מנגנון מורכב הלוכד את האנרגיה מנפילתם.
כאשר אנרגיה מועברת ממולקולת כלורופיל אחת למצב סמוך, זה נקרא העברת אנרגיית תהודה, או אקסיטון לְהַעֲבִיר.