Når du tenker på den vitenskapsgrenen som er involvert i hvordan planter får "maten", vurderer du mest sannsynlig biologien først. Men i virkeligheten er det fysikk i biologiens tjeneste fordi det er lysenergi fra solen som først sparket i gir, og nå fortsetter å drive, alt liv på planeten Jorden. Spesielt er det en energioverføringskaskade satt i gang når fotoner i lette streikedeler av en klorofyll molekyl.
Rollen til fotoner i fotosyntese er å bli absorbert av klorofyll på en måte som får elektroner i en del av klorofyllmolekylet til å bli midlertidig "opphisset" eller i en høyere energitilstand. Når de driver tilbake mot sitt vanlige energinivå, driver energien de frigjør, den første delen av fotosyntese. Dermed uten klorofyll kunne fotosyntese ikke forekomme.
Planteceller vs. Dyreceller
Planter og dyr er begge eukaryoter. Som sådan har cellene deres langt mer enn det minste minimum alle celler må ha (en cellemembran, ribosomer, cytoplasma og DNA). Cellene deres er rike på membranbundet
organeller, som utfører spesialfunksjoner i cellen. En av disse er eksklusiv for planter og kalles kloroplast. Det er innenfor disse avlange organellene at fotosyntese forekommer.Inne i kloroplastene er strukturer som kalles thylakoids, som har sin egen membran. Inne i thylakoids er der molekylet kjent som klorofyll, på en måte venter på instruksjoner i form av en bokstavelig lysglimt.
Les mer om likhetene og forskjellene mellom plante- og dyreceller.
Rollen med fotosyntese
Alle levende ting trenger en kilde til karbon for drivstoff. Dyr kan få sitt ganske enkelt nok ved å spise, og vente på fordøyelses- og cellulære enzymer for å gjøre saken til glukosemolekyler. Men planter må ta inn karbon gjennom bladene, i form av karbondioksydgass (CO2) i atmosfæren.
Rollen til fotosyntese er å sortere fangstplanter opp til samme punkt, metabolsk sett, at dyr på en gang har generert glukose fra maten. Hos dyr betyr dette å gjøre forskjellige karbonholdige molekyler mindre før de når celler, men i planter betyr det å lage karbonholdige molekyler større og i celler.
Reaksjonene fra fotosyntese
I det første settet med reaksjoner, kalt lysreaksjoner fordi de krever direkte lys, enzymer kalt Photosystem I og Photosystem II i tylakoidmembranen brukes til å konvertere lysenergi for syntese av ATP- og NADPH-molekyler, i en elektrontransport system.
Les mer om elektrontransportkjeden.
I den såkalte mørke reaksjoner, som verken krever eller forstyrres av lys, energien høstet i ATP og NADPH (siden ingenting kan "lagre" lys direkte) brukes til å bygge glukose fra karbondioksid og andre karbonkilder i anlegg.
Kjemi av klorofyll
Planter har mange pigmenter i tillegg til klorofyll, slik som phycoerthryin og karotenoider. Klorofyll har imidlertid en porfyrin ringstruktur, lik en i hemoglobinmolekylet hos mennesker. Porfyrinringen av klorofyll inneholder imidlertid elementet magnesium, der jern vises i hemoglobin.
Klorofyll absorberer lys i den grønne delen av den synlige delen av lysspekteret, som i alt spenner over et område på omtrent 350 til 800 milliardedeler av en meter.
Fotoeksitasjon av klorofyll
På en måte absorberer plantelysreseptorer fotoner og bruker dem til å sparke elektroner som har sovet i en tilstand av opphisset våkenhet, noe som fører dem til å løpe opp et trappetrinn. Etter hvert begynner også nærliggende elektroner i nærliggende klorofyll "hjem" å løpe rundt. Når de slår seg tilbake i lurene sine, gjør det mulig å bygge sukker gjennom en kompleks mekanisme som fanger energien fra fotfallene deres.
Når energi overføres fra ett klorofyllmolekyl til et tilstøtende, kalles dette resonansenergioverføring, eller exciton overføre.