Када размишљате о грани науке која је укључена у начин на који биљке добијају своју „храну“, највероватније прво размотрите биологију. Али у стварности, физика је у служби биологије, јер је светлосна енергија сунца прво покренула, а сада наставља да напаја читав живот на планети Земљи. Конкретно, то је каскада за пренос енергије покренута када фотони у лаким ударним деловима а хлорофил молекула.
Улога фотона у фотосинтеза треба да га апсорбује хлорофил на начин који доводи до тога да се електрони у делу молекула хлорофила привремено „узбуде“ или у вишем енергетском стању. Док се враћају према свом уобичајеном нивоу енергије, енергија коју ослобађају покреће први део фотосинтезе. Тако без хлорофила не би могло доћи до фотосинтезе.
Плант Целлс вс. Анимал Целлс
Биљке и животиње су обоје еукариоти. Као такве, њихове ћелије имају далеко више од најмањег минимума који све ћелије морају да имају (ћелијску мембрану, рибозоме, цитоплазму и ДНК). Њихове ћелије су богате мембранским везама органеле, који обављају специјализоване функције унутар ћелије. Једна од њих је ексклузивна за биљке и назива се
хлоропласт. У овим дугуљастим органелама долази до фотосинтезе.Унутар хлоропласта су структуре назване тилакоиди, које имају своју мембрану. Унутар тилакоида налази се молекул познат као хлорофил, који у одређеном смислу чека упутства у облику дословног блица светлости.
Прочитајте више о сличностима и разликама између биљних и животињских ћелија.
Улога фотосинтезе
Сва жива бића требају извор угљеника за гориво. Животиње своје могу добити довољно једноставно једући и чекајући да њихови пробавни и ћелијски ензими претворе материју у молекуле глукозе. Али биљке морају уносити угљеник кроз своје лишће, у облику гас угљен-диоксида (ЦО2) у атмосфери.
Улога фотосинтезе је сортирање биљака до исте тачке, метаболички говорећи, да животиње одједном генеришу глукозу из хране. Код животиња то значи смањивање различитих молекула који садрже угљеник пре него што и дођу до ћелија, али код биљака то значи стварање молекула који садрже угљеник веће и унутар ћелија.
Реакције фотосинтезе
У првом скупу реакција, названом светлосне реакције јер им је потребна директна светлост, ензими звани Пхотосистем И и Пхотосистем ИИ у тилакоидној мембрани користе се за претварање светлосне енергије за синтезу молекула АТП и НАДПХ у транспорту електрона систем.
Прочитајте више о ланцу транспорта електрона.
У тзв мрачне реакције, којима нити је потребна нити им смета светлост, енергија сакупљена у АТП и НАДПХ (јер ништа може директно „чувати“ светлост) користи се за изградњу глукозе из угљен-диоксида и других извора угљеника у биљка.
Хемија хлорофила
Биљке поред хлорофила имају и многе пигменте, као што су фикоертрин и каротеноиди. Хлорофил, међутим, има порфирин прстенаста структура, слична оној у молекулу хемоглобина код људи. Порфирински прстен хлорофила садржи елемент магнезијум, где се гвожђе појављује у хемоглобину.
Хлорофил апсорбује светлост у зеленом делу видљивог дела светлосног спектра, који се у опсегу креће од око 350 до 800 милијардитих делова метра.
Фотоексцитација хлорофила
У одређеном смислу, биљни рецептори светлости апсорбују фотоне и користе их за избацивање електрона који су дремали у стање узбуђене будности, што их доводи до успона низ степенице. На крају, суседни електрони у оближњим „домовима“ са хлорофилом такође почињу да се врте около. Док се враћају у дремеж, њихово врзмање назад доле омогућава да се шећер гради кроз сложени механизам који заробљава енергију њихових корака.
Када се енергија преноси са једног молекула хлорофила на суседни, то се назива резонантни пренос енергије, или екцитон пренос.