Kiedy myślisz o gałęzi nauki zajmującej się tym, w jaki sposób rośliny zdobywają „pożywienie”, najprawdopodobniej najpierw zastanowisz się nad biologią. Ale w rzeczywistości jest to fizyka w służbie biologii, ponieważ to energia świetlna ze słońca najpierw wrzuciła bieg, a teraz nadal zasila całe życie na planecie Ziemia. W szczególności jest to kaskada transferu energii uruchamiana, gdy fotony w lekkich częściach uderzeniowych chlorofil cząsteczka.
Rola fotonów w fotosynteza ma być absorbowany przez chlorofil w sposób, który powoduje, że elektrony w części cząsteczki chlorofilu są chwilowo „wzbudzone” lub znajdują się w stanie wyższej energii. Gdy wracają do swojego zwykłego poziomu energii, energia, którą uwalniają, zasila pierwszą część fotosyntezy. Tak więc bez chlorofilu fotosynteza nie mogłaby zajść.
Komórki roślinne kontra Komórki zwierzęce
Rośliny i zwierzęta są eukariontami. Jako takie, ich komórki mają znacznie więcej niż niezbędne minimum, które muszą mieć wszystkie komórki (błona komórkowa, rybosomy, cytoplazma i DNA). Ich komórki są bogate w związane z błoną
organelle, które wykonują wyspecjalizowane funkcje w komórce. Jeden z nich dotyczy wyłącznie roślin i nazywa się chloroplast. To właśnie w tych podłużnych organellach zachodzi fotosynteza.Wewnątrz chloroplastów znajdują się struktury zwane tylakoidami, które mają własną błonę. Wewnątrz tylakoidów znajduje się cząsteczka znana jako chlorofil, oczekująca w pewnym sensie instrukcji w postaci dosłownego błysku światła.
Przeczytaj więcej o podobieństwach i różnicach między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi.
Rola fotosyntezy
Wszystkie żywe istoty potrzebują źródła węgla jako paliwa. Zwierzęta mogą je po prostu zdobyć, jedząc i czekając, aż ich enzymy trawienne i komórkowe zamienią materię w cząsteczki glukozy. Ale rośliny muszą pobierać węgiel przez liście w postaci gazowy dwutlenek węgla (CO2) w atmosferze.
Rolą fotosyntezy jest łapanie roślin do tego samego punktu, mówiąc metabolicznie, że zwierzęta od razu wytworzyły glukozę ze swojego pożywienia. U zwierząt oznacza to zmniejszanie różnych cząsteczek zawierających węgiel, zanim dotrą do komórek, ale u roślin oznacza to wytwarzanie cząsteczek zawierających węgiel większy oraz w komórkach.
Reakcje fotosyntezy
W pierwszym zestawie reakcji, zwanym lekkie reakcje ponieważ wymagają bezpośredniego światła, enzymów o nazwie Fotosystem I i Fotosystem II w błonie tylakoidów służą do konwersji energii świetlnej do syntezy cząsteczek ATP i NADPH w transporcie elektronów system.
Przeczytaj więcej o łańcuchu transportu elektronów.
W tzw ciemne reakcje, które nie wymagają ani nie są zakłócane przez światło, energii zbieranej w ATP i NADPH (ponieważ nic może „magazynować” światło bezpośrednio) służy do budowy glukozy z dwutlenku węgla i innych źródeł węgla w roślina.
Chemia chlorofilu
Oprócz chlorofilu rośliny mają wiele pigmentów, takich jak fikoertryina i karotenoidy. Jednak chlorofil ma porfiryna struktura pierścieniowa, podobna do tej w cząsteczce hemoglobiny u ludzi. Pierścień porfirynowy chlorofilu zawiera jednak pierwiastek magnez, w którym żelazo pojawia się w hemoglobinie.
Chlorofil pochłania światło w zielonej części widzialnej części widma światła, które obejmuje zakres od około 350 do 800 miliardowych części metra.
Fotowzbudzenie chlorofilu
W pewnym sensie, roślinne receptory światła absorbują fotony i wykorzystują je do kopania drzemiących elektronów w stan pobudzenia, prowadząc je do wbiegania po schodach. W końcu również zaczynają biegać sąsiednie elektrony w pobliskich „domach” chlorofilu. Gdy wracają do drzemki, ich bieganie z powrotem na dół pozwala na budowanie cukru przez złożony mechanizm, który wychwytuje energię z ich kroków.
Kiedy energia jest przenoszona z jednej cząsteczki chlorofilu do sąsiedniej, nazywa się to transferem energii rezonansowej lub ekscytonu transfer.