Quando você pensa no ramo da ciência envolvido em como as plantas obtêm seu "alimento", provavelmente você considera a biologia primeiro. Mas, na realidade, é a física a serviço da biologia porque foi a energia da luz do sol que primeiro engrenou, e agora continua a alimentar, toda a vida no planeta Terra. Especificamente, é uma cascata de transferência de energia colocada em movimento quando fótons em partes de luz de um clorofila molécula.
O papel dos fótons em fotossíntese deve ser absorvido pela clorofila de uma maneira que faz com que os elétrons em uma porção da molécula da clorofila fiquem temporariamente "excitados" ou em um estado de energia mais alto. À medida que voltam ao nível normal de energia, a energia que liberam alimenta a primeira parte da fotossíntese. Portanto, sem clorofila, a fotossíntese não poderia ocorrer.
Células vegetais vs. Células Animais
Plantas e animais são eucariotos. Como tal, suas células têm muito mais do que o mínimo que todas as células devem ter (uma membrana celular, ribossomos, citoplasma e DNA). Suas células são ricas em membrana
Dentro dos cloroplastos existem estruturas chamadas tilacóides, que possuem sua própria membrana. Dentro dos tilacóides é onde fica a molécula conhecida como clorofila, de certa forma aguardando instruções na forma de um flash de luz literal.
Leia mais sobre as semelhanças e diferenças entre células vegetais e animais.
O papel da fotossíntese
Todos os seres vivos precisam de uma fonte de carbono como combustível. Os animais podem obtê-los simplesmente comendo e esperando que suas enzimas digestivas e celulares transformem a matéria em moléculas de glicose. Mas as plantas devem absorver o carbono por meio de suas folhas, na forma de gás dióxido de carbono (CO2) na atmosfera.
O papel da fotossíntese é o de pegar as plantas até o mesmo ponto, metabolicamente falando, em que os animais estão ao mesmo tempo em que geraram glicose de seus alimentos. Em animais, isso significa fazer várias moléculas contendo carbono menores antes mesmo de chegarem às células, mas nas plantas significa fazer moléculas contendo carbono maior e dentro das células.
As reações da fotossíntese
No primeiro conjunto de reações, chamado de reações de luz porque requerem luz direta, enzimas chamadas fotossistema I e fotossistema II na membrana do tilacóide são usados para converter a energia da luz para a síntese de moléculas de ATP e NADPH, em um transporte de elétrons sistema.
Leia mais sobre a cadeia de transporte de elétrons.
No chamado reações sombrias, que não requerem nem são perturbados pela luz, a energia colhida no ATP e NADPH (uma vez que nada pode "armazenar" luz diretamente) é usado para construir glicose a partir de dióxido de carbono e outras fontes de carbono no plantar.
Química da Clorofila
As plantas possuem muitos pigmentos além da clorofila, como a ficoertrina e os carotenóides. A clorofila, no entanto, tem um porfirina estrutura do anel, semelhante a uma na molécula de hemoglobina em humanos. O anel porfirínico da clorofila contém o elemento magnésio, no entanto, onde o ferro aparece na hemoglobina.
A clorofila absorve luz na porção verde da seção visível do espectro de luz, que em todos se estende por uma faixa de cerca de 350 a 800 bilionésimos de um metro.
Fotoexcitação de clorofila
Em certo sentido, os receptores de luz das plantas absorvem fótons e os usam para chutar elétrons que cochilavam em um estado de vigília excitada, levando-os a subir um lance de escadas correndo. Eventualmente, elétrons vizinhos em "casas" de clorofila próximas também começam a circular. Enquanto eles voltam para suas sonecas, sua corrida de volta para baixo permite que o açúcar seja construído por meio de um mecanismo complexo que retém a energia de seus passos.
Quando a energia é transferida de uma molécula de clorofila para outra adjacente, isso é chamado de transferência de energia de ressonância, ou exciton transferir.
