Ce se întâmplă când o moleculă de clorofilă absoarbe lumina?

Când vă gândiți la ramura științei implicată în modul în care plantele își obțin „hrana”, cel mai probabil vă gândiți mai întâi la biologie. Dar, în realitate, fizica este în slujba biologiei, deoarece energia luminii de la soare a fost prima dată care a intrat în viteză și acum continuă să alimenteze toată viața de pe planeta Pământ. Mai exact, este o cascadă de transfer de energie pusă în mișcare când fotoni în lumină lovesc părți ale unui clorofilă moleculă.

Rolul fotonilor în fotosinteză trebuie să fie absorbit de clorofilă într-un mod care face ca electronii dintr-o porțiune a moleculei de clorofilă să devină temporar „excitați” sau într-o stare de energie mai mare. Pe măsură ce se îndreaptă spre nivelul lor obișnuit de energie, energia pe care o eliberează alimentează prima parte a fotosintezei. Astfel, fără clorofilă, fotosinteza nu ar putea apărea.

Plantele și animalele sunt ambele eucariote. Ca atare, celulele lor au mult mai mult decât minimul pe care trebuie să îl aibă toate celulele (o membrană celulară, ribozomi, citoplasmă și ADN). Celulele lor sunt bogate în membrane

În interiorul cloroplastelor se află structuri numite tilacoide, care au propria lor membrană. În interiorul tilacoidelor se află molecula cunoscută sub numele de clorofilă, într-un sens care așteaptă instrucțiuni sub forma unui fulger literal de lumină.
Citiți mai multe despre asemănările și diferențele dintre celulele vegetale și animale.

Toate ființele vii au nevoie de o sursă de carbon pentru combustibil. Animalele pot să le obțină suficient de mult mâncând și așteptând ca enzimele lor digestive și celulare să transforme materia în molecule de glucoză. Dar plantele trebuie să ia carbon prin frunze, sub formă de dioxid de carbon gazos (CO₂) în atmosferă.

Rolul fotosintezei este de a prinde plante până în același punct, din punct de vedere metabolic, că animalele au generat glucoză din hrana lor. La animale, aceasta înseamnă micșorarea diverselor molecule care conțin carbon înainte de a ajunge chiar la celule, dar la plante înseamnă fabricarea moleculelor care conțin carbon mai mare și în interiorul celulelor.

În primul set de reacții, numit reacții ușoare deoarece necesită lumină directă, enzime numite Photosystem I și Photosystem II în membrana tilacoidă sunt utilizate pentru a converti energia luminii pentru sinteza moleculelor ATP și NADPH, într-un transport de electroni sistem.
Citiți mai multe despre lanțul de transport al electronilor.

În așa-numitul reacții întunecate, care nu necesită și nici nu sunt deranjate de lumină, de energia recoltată în ATP și NADPH (deoarece nimic poate „stoca” lumina direct) este folosit pentru a construi glucoza din dioxid de carbon și alte surse de carbon din plantă.

Plantele au mai mulți pigmenți în plus față de clorofilă, cum ar fi ficoertirina și carotenoizii. Cu toate acestea, clorofila are un porfirină structura inelului, similară cu cea din molecula de hemoglobină la om. Inelul de porfirină al clorofilei conține elementul magneziu, totuși, unde fierul apare în hemoglobină.

Clorofila absoarbe lumina în porțiunea verde a secțiunii vizibile a spectrului de lumină, care, în ansamblu, se întinde pe o rază cuprinsă între 350 și 800 de miliarde de metru.

Într-un anumit sens, receptorii de lumină ai plantelor absorb fotoni și îi folosesc pentru a lovi cu piciorul electronii care dormeau într-o stare de veghe excitată, determinându-i să alerge o scară. În cele din urmă, electronii vecini din „casele” din clorofilă din apropiere încep să alerge și ei. Pe măsură ce se așează din nou în puiuri, întoarcerea lor în jos permite scăderea zahărului printr-un mecanism complex care captează energia de pe urmele lor.

Când energia este transferată de la o moleculă de clorofilă la una adiacentă, aceasta se numește transfer de energie de rezonanță sau exciton transfer.