Galvodami apie mokslo šaką, susijusią su tuo, kaip augalai gauna „maistą“, greičiausiai pirmiausia atsižvelgsite į biologiją. Tačiau iš tikrųjų biologijai tarnauja fizika, nes būtent saulės šviesos energija pirmiausia įjungė pavarą, o dabar ir toliau valdo visą gyvybę Žemės planetoje. Tiksliau, tai energijos perdavimo kaskadas, įjungtas, kai fotonai lengvame smūgyje a chlorofilas molekulė.
Fotonų vaidmuo fotosintezė yra absorbuojamas chlorofilo tokiu būdu, kad chlorofilo molekulės dalyje esantys elektronai laikinai „susijaudintų“ arba būtų aukštesnės energijos būsenoje. Kai jie grįžta link savo įprasto energijos lygio, jų išlaisvinta energija suteikia pirmąją fotosintezės dalį. Taigi be chlorofilo fotosintezė negalėjo vykti.
Augalų ląstelės vs. Gyvūnų ląstelės
Augalai ir gyvūnai yra abu eukariotai. Jų ląstelėse yra daug daugiau nei minimalus, kurį turi turėti visos ląstelės (ląstelės membrana, ribosomos, citoplazma ir DNR). Jų ląstelėse yra daug membranos organelės, kurie atlieka specializuotas funkcijas ląstelėje. Vienas iš jų yra išskirtinis augalams ir vadinamas
chloroplastas. Šiuose pailguose organeliuose vyksta fotosintezė.Chloroplastų viduje yra struktūros, vadinamos tilakoidais, turinčios savo membraną. Tilakoidų viduje yra molekulė, vadinama chlorofilu, tam tikra prasme laukdama instrukcijų tiesiogine šviesos blyksniu.
Skaitykite daugiau apie augalų ir gyvūnų ląstelių panašumus ir skirtumus.
Fotosintezės vaidmuo
Visiems gyviems daiktams kurui reikalingas anglies šaltinis. Gyvūnai gali pakankamai gauti savo, valgydami ir laukdami, kol jų virškinimo ir ląstelių fermentai pavers medžiagą gliukozės molekulėmis. Tačiau augalai per lapus turi įsisavinti anglį anglies dioksido dujos (CO2) atmosferoje.
Fotosintezės vaidmuo yra surūšiuoti augalus iki to paties taško, metaboliniu požiūriu, kad gyvūnai iškart gamina gliukozę iš savo maisto. Gyvūnams tai reiškia, kad įvairios anglies turinčios molekulės yra mažesnės, kol jos dar nepasiekia ląstelių, tačiau augaluose tai reiškia, kad daromos anglies turinčios molekulės didesnis ir kamerose.
Fotosintezės reakcijos
Pirmame reakcijų rinkinyje, vadinamame šviesos reakcijos nes jiems reikia tiesioginės šviesos, fermentų, vadinamų „Photosystem I“ ir „Photosystem II“, tilakoidinėje membranoje yra naudojami šviesos energijai konvertuoti ATP ir NADPH molekulių sintezei elektronų pernašos metu sistema.
Skaitykite daugiau apie elektronų transportavimo grandinę.
Vadinamojoje tamsios reakcijos, kuri nei reikalauja, nei trukdo šviesai, energija, surinkta ATP ir NADPH (nes nieko nėra gali tiesiogiai „laikyti“ šviesą) yra naudojama gliukozei iš anglies dioksido ir kitų anglies dioksido šaltinių susidaryti augalas.
Chlorofilo chemija
Augaluose, be chlorofilo, yra daugybė pigmentų, tokių kaip phikoerthryinas ir karotinoidai. Tačiau chlorofilas turi a porfirinas žiedo struktūra, panaši į žmogaus hemoglobino molekulėje esančią. Chlorofilo porfirino žiede yra magnio elementas, tačiau ten, kur hemoglobine yra geležies.
Chlorofilas sugeria šviesą matomoje šviesos spektro atkarpos žalioje dalyje, kuri apskritai apima apie 350–800 milijardų metrų atstumą.
Chlorofilo fotožadinimas
Tam tikra prasme augalų šviesos receptoriai sugeria fotonus ir juos panaudoja spardydami elektronus, kurie snaudžia į susijaudinę budrumo būseną, todėl jie pakyla laiptais. Galų gale aplinkiniai chlorofilo „namuose“ esantys kaimynų elektronai taip pat pradeda lakstyti. Kai jie įsitaiso mieguose, jų šleifas atgal į apačią leidžia sukurti cukrų naudojant sudėtingą mechanizmą, kuris sulaiko energiją iš jų pėdų.
Kai energija perduodama iš vienos chlorofilo molekulės į gretimą, tai vadinama rezonansinės energijos perdavimu arba eksitonas perkėlimas.