როდესაც ფიქრობთ მეცნიერების იმ დარგზე, რომელიც მოიცავს იმას, თუ როგორ იღებენ მცენარეები "საკვებს", სავარაუდოდ, პირველ რიგში განიხილავთ ბიოლოგიას. სინამდვილეში, ეს არის ფიზიკა, რომელიც ბიოლოგიის სამსახურს წარმოადგენს, რადგან ეს არის მზისგან მიღებული მსუბუქი ენერგია, რომელმაც პირველად ჩააგდო სიჩქარეში და ახლა განაგრძობს ენერგიას მთელი დედამიწაზე. კერძოდ, ეს არის ენერგიის გადაცემის კასკადი, რომელიც მოძრაობს როდის ფოტონები მსუბუქი დარტყმის ნაწილებში ა ქლოროფილი მოლეკულა.
ფოტონების როლი ფოტოსინთეზი უნდა იქნას ათვისებული ქლოროფილით ისე, რომ გამოიწვიოს ელექტრონები ქლოროფილის მოლეკულის ნაწილში დროებით ”აღგზნება” ან უფრო მაღალი ენერგეტიკულ მდგომარეობაში. როდესაც ისინი მიემართებიან ჩვეულებრივი ენერგიის დონისკენ, მათ მიერ გამოთავისუფლებული ენერგია აძლიერებს ფოტოსინთეზის პირველ ნაწილს. ამრიგად, ქლოროფილის გარეშე, ფოტოსინთეზი ვერ მოხდებოდა.
მცენარეთა უჯრედები ცხოველური უჯრედები
მცენარეები და ცხოველები ორივე ეუკარიოტები არიან. როგორც ასეთი, მათ უჯრედებს მინიმუმზე მეტი აქვთ, ვიდრე ყველა უჯრედი უნდა ჰქონდეს (უჯრედის მემბრანა, რიბოსომები, ციტოპლაზმა და დნმ). მათი უჯრედები მდიდარია გარსით შეკრული
ორგანელები, რომლებიც ახორციელებენ სპეციალიზებულ ფუნქციებს უჯრედში. ამათგან მხოლოდ მცენარეებია და ეწოდება ქლოროპლასტი. სწორედ ამ მოგრძო ორგანოელებში ხდება ფოტოსინთეზი.ქლოროპლასტების შიგნით არის სტრუქტურები, სახელწოდებით თილაკოიდები, რომლებსაც აქვთ საკუთარი მემბრანა. თილაკოიდების შიგნით არის ის ადგილი, სადაც ქლოროფილიტის სახელით ცნობილი მოლეკულა ზის, გარკვეული გაგებით ელოდება ინსტრუქციებს სინათლის პირდაპირი ციმციმის სახით.
წაიკითხეთ მეტი მცენარისა და ცხოველის უჯრედებს შორის მსგავსებასა და განსხვავებებზე.
ფოტოსინთეზის როლი
ყველა ცოცხალ არსებას საწვავისთვის საჭიროა ნახშირბადის წყარო. ცხოველებს შეუძლიათ მიიღონ თავიანთი საკვები უბრალოდ ჭამით და ელოდებათ, რომ საჭმლის მომნელებელი და უჯრედული ფერმენტები გადააქცევს საკითხს გლუკოზის მოლეკულებად. მაგრამ მცენარეებმა ნახშირბადი უნდა მიიღონ ფოთლების საშუალებით, სახით ნახშირორჟანგის გაზი (CO2) ატმოსფეროში.
ფოტოსინთეზის როლი არის მცენარეთა დალაგება იმავე წერტილამდე, მეტაბოლურად რომ ვთქვათ, რომ ცხოველებმა ერთბაშად გამოიმუშავეს გლუკოზა საკვებიდან. ცხოველებში ეს ნიშნავს ნახშირბადის შემცველი სხვადასხვა მოლეკულების შემცირებას, სანამ ისინი უჯრედებამდე არ მიაღწევენ, მაგრამ მცენარეებში ეს ნიშნავს ნახშირბადის შემცველი მოლეკულების დამზადებას. უფრო დიდი და უჯრედების შიგნით.
ფოტოსინთეზის რეაქციები
რეაქციების პირველ ნაკრებში, ე.წ. მსუბუქი რეაქციები რადგან მათ სჭირდებათ პირდაპირი სინათლე, ფერმენტები, სახელწოდებით Photosystem I და Photosystem II თილაკოიდულ მემბრანაში იყენებენ მსუბუქი ენერგიის გარდაქმნას ATP და NADPH მოლეკულების სინთეზისთვის, ელექტრონების ტრანსპორტირებაში სისტემა
წაიკითხეთ მეტი ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვის შესახებ.
ე.წ. ბნელი რეაქციები, რომელსაც არც სჭირდება და არც უშლის ხელს სინათლე, ATP– სა და NADPH– ში მოპოვებული ენერგია (რადგან არაფერი შეუძლია პირდაპირ შენახვა სინათლე) გამოიყენება ნახშირორჟანგიდან და ნახშირბადის სხვა წყაროებიდან გლუკოზის შესაქმნელად მცენარე
ქლოროფილის ქიმია
მცენარეებს ქლოროფილის გარდა ბევრი პიგმენტიც აქვთ, მაგალითად, ფიკოერტრინი და კაროტინოიდები. ქლოროფილს აქვს პორფირინი რგოლის სტრუქტურა, მსგავსი ადამიანის ჰემოგლობინის მოლეკულისა. ქლოროფილის პორფირინის რგოლი შეიცავს მაგნიუმს, სადაც ჰემოგლობინში ჩნდება რკინა.
ქლოროფილი შთანთქავს სინათლის სპექტრის ხილული მონაკვეთის მწვანე ნაწილს, რომელიც მთელ მანძილზე დაახლოებით 350–800 მილიარდერი მეტრს მოიცავს.
ქლოროფილების ფოტოაღგზნება
გარკვეული გაგებით, მცენარეთა სინათლის რეცეპტორები შთანთქავენ ფოტონებს და იყენებენ მათ ელექტრონებს, რომლებიც ძილში იღვიძებენ აღგზნებულ სიფხიზლეს, რის შედეგადაც ისინი კიბეებს ასცდებიან. საბოლოოდ, ახლომდებარე ქლოროფილების ”სახლებში” მეზობელი ელექტრონებიც იწყებენ მოძრაობას. როდესაც ისინი ძილში ბრუნდებიან, დაბლა ჩასვლის შემდეგ საშუალებას აძლევს შაქარს ააშენონ რთული მექანიზმი, რომელიც მათი ფეხის ენერგიას იკავებს.
როდესაც ენერგია გადადის ერთი ქლოროფილის მოლეკიდან მის მიმდებარეში, ამას ეწოდება რეზონანსული ენერგიის გადაცემა, ან ეგზითონი გადაცემა.