Kaj se zgodi, ko molekula klorofila absorbira svetlobo?

Ko pomislite na vejo znanosti, vključeno v to, kako rastline dobijo svojo "hrano", najverjetneje najprej razmislite o biologiji. Toda v resnici je fizika v službi biologije, ker je svetlobna energija sonca najprej začela delovati, zdaj pa še naprej poganja vse življenje na planetu Zemlja. Natančneje, gre za kaskado prenosa energije, ki se sproži, ko fotoni v svetlobnih delih a klorofil molekula.

Vloga fotonov v fotosinteza klorofil absorbira na način, ki povzroči, da se elektroni v delu molekule klorofila začasno "vzbudijo" ali v stanju višje energije. Ko se vračajo proti svoji običajni ravni energije, energija, ki jo sprostijo, poganja prvi del fotosinteze. Tako brez klorofila fotosinteza ne bi mogla potekati.

Rastline in živali so evkarionti. Kot take imajo njihove celice veliko več kot najmanjši minimum, ki ga morajo imeti vse celice (celična membrana, ribosomi, citoplazma in DNA). Njihove celice so bogate z membrano organele, ki v celici opravljajo posebne funkcije. Eden od teh je izključno za rastline in se imenuje

V kloroplastih so strukture, imenovane tilakoidi, ki imajo lastno membrano. V notranjosti tilakoidov je molekula, imenovana klorofil, ki v nekem smislu čaka na navodila v obliki dobesednega svetlobnega utripa.
Preberite več o podobnostih in razlikah med rastlinskimi in živalskimi celicami.

Vsa živa bitja potrebujejo vir ogljika za gorivo. Živali lahko svoje dobijo dovolj preprosto z jedjo in čakanjem, da njihovi prebavni in celični encimi zadevo spremenijo v molekule glukoze. Toda rastline morajo vzeti ogljik skozi svoje liste v obliki plin ogljikov dioksid (CO₂) v ozračju.

Vloga fotosinteze je, da presnovno rečeno lovi rastline do iste točke, da živali naenkrat ustvarijo glukozo iz hrane. Pri živalih to pomeni, da različne molekule, ki vsebujejo ogljik, postanejo manjše, še preden sploh dosežejo celice, pri rastlinah pa molekule, ki vsebujejo ogljik, večji in znotraj celic.

V prvem nizu reakcij, imenovanem svetlobne reakcije ker potrebujejo neposredno svetlobo, encima, imenovana Photosystem I in Photosystem II v tilakoidni membrani se uporabljajo za pretvorbo svetlobne energije za sintezo molekul ATP in NADPH v elektronskem transportu sistem.
Preberite več o verigi prenosa elektronov.

V tako imenovanem temne reakcije, ki niti ne zahtevajo niti ne motijo ​​svetlobe, energije, pridobljene v ATP in NADPH (saj nič lahko "shrani" svetlobo neposredno) se uporablja za tvorjenje glukoze iz ogljikovega dioksida in drugih virov ogljika v rastlina.

Rastline imajo poleg klorofila tudi številne pigmente, kot so fikoertrin in karotenoidi. Klorofil pa ima porfirin obročna struktura, podobna tisti v molekuli hemoglobina pri ljudeh. Porfirinski obroč klorofila pa vsebuje element magnezij, kjer se železo pojavlja v hemoglobinu.

Klorofil absorbira svetlobo v zelenem delu vidnega odseka svetlobnega spektra, ki obsega približno 350 do 800 milijard metrov.

V določenem smislu rastlinski receptorji svetlobe absorbirajo fotone in jih uporabljajo za brcanje elektronov, ki so dremali, v stanje vznemirjene budnosti, zaradi česar so se povzpeli po stopnicah. Sčasoma začnejo okoli teči tudi sosednji elektroni v bližnjih klorofilnih "domovih". Ko se spet usedejo v dremež, njihovo drvenje nazaj spodaj omogoča, da se sladkor gradi skozi kompleksen mehanizem, ki ujame energijo njihovih stopnic.

Ko se energija prenese iz ene molekule klorofila v sosednjo, se to imenuje resonančni prenos energije oz. exciton prenos.