Wat gebeurt er als een chlorofylmolecuul licht absorbeert?

Als je denkt aan de tak van wetenschap die betrokken is bij hoe planten hun 'voedsel' krijgen, denk je hoogstwaarschijnlijk eerst aan biologie. Maar in werkelijkheid is het natuurkunde in dienst van de biologie, want het is lichtenergie van de zon die voor het eerst op gang kwam en nu al het leven op planeet Aarde van stroom blijft voorzien. In het bijzonder is het een energieoverdrachtscascade die in gang wordt gezet wanneer: fotonen in lichte staking delen van a chlorofyl molecuul.

De rol van fotonen in fotosynthese moet worden geabsorbeerd door chlorofyl op een manier die ervoor zorgt dat elektronen in een deel van het chlorofylmolecuul tijdelijk "opgewonden" of in een hogere energietoestand komen. Terwijl ze terugdrijven naar hun gebruikelijke energieniveau, drijft de energie die ze vrijgeven het eerste deel van de fotosynthese aan. Dus zonder chlorofyl zou fotosynthese niet kunnen plaatsvinden.

Planten en dieren zijn beide eukaryoten. Als zodanig hebben hun cellen veel meer dan het absolute minimum dat alle cellen moeten hebben (een celmembraan, ribosomen, cytoplasma en DNA). Hun cellen zijn rijk aan membraangebonden

In de chloroplasten bevinden zich structuren die thylakoïden worden genoemd en die hun eigen membraan hebben. In de thylakoïden zit het molecuul dat bekend staat als chlorofyl, in zekere zin in afwachting van instructies in de vorm van een letterlijke lichtflits.
Lees meer over de overeenkomsten en verschillen tussen plantaardige en dierlijke cellen.

Alle levende wezens hebben een bron van koolstof nodig als brandstof. Dieren kunnen die van hen eenvoudig genoeg krijgen door te eten en te wachten tot hun spijsverterings- en cellulaire enzymen de materie in glucosemoleculen veranderen. Maar planten moeten koolstof opnemen via hun bladeren, in de vorm van kooldioxidegas (CO₂) in de atmosfeer.

De rol van fotosynthese is om planten te vangen tot hetzelfde punt, metabolisch gesproken, dat dieren meteen glucose uit hun voedsel hebben gegenereerd. Bij dieren betekent dit het kleiner maken van verschillende koolstofhoudende moleculen voordat ze cellen bereiken, maar bij planten betekent dit het maken van koolstofhoudende moleculen groter en binnen cellen.

In de eerste reeks reacties, genaamd de lichte reacties omdat ze direct licht nodig hebben, enzymen genaamd Photosystem I en Photosystem II in het thylakoïde membraan worden gebruikt om lichtenergie om te zetten voor de synthese van ATP- en NADPH-moleculen, in een elektronentransport systeem.
Lees meer over de elektronentransportketen.

In de zogenaamde donkere reacties, die geen licht nodig hebben en ook niet worden gestoord door licht, de energie die wordt geoogst in de ATP en NADPH (aangezien niets kan licht direct "opslaan") wordt gebruikt om glucose op te bouwen uit koolstofdioxide en andere koolstofbronnen in de fabriek.

Planten hebben naast chlorofyl veel pigmenten, zoals het phycoerthryine en de carotenoïden. Chlorofyl heeft echter een porfyrine ringstructuur, vergelijkbaar met die in het hemoglobinemolecuul bij mensen. De porfyrinering van chlorofyl bevat echter het element magnesium, waar ijzer in hemoglobine voorkomt.

Chlorofyl absorbeert licht in het groene deel van het zichtbare deel van het lichtspectrum, dat in totaal een bereik van ongeveer 350 tot 800 miljardste van een meter beslaat.

In zekere zin absorberen plantenlichtreceptoren fotonen en gebruiken ze om elektronen te schoppen die in een toestand van opgewonden waakzaamheid zijn ingedommeld, waardoor ze een trap op rennen. Uiteindelijk beginnen naburige elektronen in nabijgelegen chlorofyl "huizen" ook rond te rennen. Terwijl ze zich weer in hun dutjes nestelen, zorgt hun haasten naar beneden ervoor dat suiker wordt opgebouwd via een complex mechanisme dat de energie van hun voetstappen opsluit.

Wanneer energie wordt overgedragen van het ene chlorofylmolecuul naar een aangrenzende, wordt dit resonantie-energieoverdracht genoemd, of transfer exciton overdracht.