จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อโมเลกุลคลอโรฟิลล์ดูดซับแสง?

เมื่อคุณนึกถึงสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการที่พืชได้ "อาหาร" มา คุณมักจะนึกถึงชีววิทยาก่อน แต่ในความเป็นจริง มันคือฟิสิกส์ในการให้บริการของชีววิทยา เพราะมันคือพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ที่เตะเข้าเกียร์ก่อน และตอนนี้ก็ยังคงมีพลังต่อไป ทุกชีวิตบนดาวเคราะห์โลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นน้ำตกการถ่ายเทพลังงานที่เคลื่อนไหวเมื่อ โฟตอน ในส่วนการตีเบา ๆ ของ a คลอโรฟิลล์ โมเลกุล

บทบาทของโฟตอนใน การสังเคราะห์แสง จะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์ในลักษณะที่ทำให้อิเล็กตรอนในส่วนของโมเลกุลคลอโรฟิลล์กลายเป็น "ตื่นเต้น" ชั่วคราวหรืออยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น ขณะที่พวกมันลอยกลับไปสู่ระดับพลังงานปกติ พลังงานที่พวกมันปล่อยพลังออกมาในส่วนแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นหากไม่มีคลอโรฟิลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสงก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้

พืชและสัตว์เป็นทั้งยูคาริโอต ด้วยเหตุนี้ เซลล์ของพวกมันจึงมีมากกว่าจำนวนขั้นต่ำที่เซลล์ทั้งหมดต้องมี (เยื่อหุ้มเซลล์ ไรโบโซม ไซโตพลาสซึม และ DNA) เซลล์ของพวกมันอุดมไปด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ ออร์แกเนลล์ซึ่งทำหน้าที่เฉพาะภายในเซลล์ หนึ่งเหล่านี้มีเฉพาะพืชและเรียกว่า คลอโรพลาสต์. มันอยู่ภายในออร์แกเนลล์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเหล่านี้ที่มีการสังเคราะห์แสง

ภายในคลอโรพลาสต์มีโครงสร้างที่เรียกว่าไทลาคอยด์ซึ่งมีเมมเบรนของตัวเอง ภายในไทลาคอยด์เป็นที่ที่โมเลกุลที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์นั่งอยู่ในความรู้สึกที่รอคำแนะนำในรูปของแสงวาบตามตัวอักษร
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับความเหมือนและความแตกต่างระหว่างเซลล์พืชและเซลล์สัตว์

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดต้องการแหล่งคาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง สัตว์สามารถหามันมาได้โดยการกิน และรอให้เอนไซม์ย่อยอาหารและเซลล์ของพวกมันเปลี่ยนเรื่องนี้เป็นโมเลกุลกลูโคส แต่พืชต้องรับคาร์บอนผ่านใบในรูปของ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในบรรยากาศ

บทบาทของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือการจัดเรียงของพืชจนถึงจุดเดียวกัน พูดทางเมตาบอลิซึม โดยที่สัตว์สร้างกลูโคสจากอาหารในทันที ในสัตว์หมายถึงการทำให้โมเลกุลที่มีคาร์บอนต่างๆ มีขนาดเล็กลงก่อนที่จะไปถึงเซลล์ แต่ในพืชหมายถึงการสร้างโมเลกุลที่มีคาร์บอน ใหญ่ขึ้น และภายในเซลล์

ปฏิกิริยาชุดแรกเรียกว่า ปฏิกิริยาแสง เพราะต้องการแสงโดยตรง เอ็นไซม์ที่เรียกว่า Photosystem I และ Photosystem II ในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ ใช้ในการแปลงพลังงานแสงสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุล ATP และ NADPH ในการขนส่งอิเล็กตรอน ระบบ.
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

ในสิ่งที่เรียกว่า ปฏิกิริยามืดซึ่งไม่ต้องการและไม่ถูกรบกวนด้วยแสง พลังงานที่เก็บเกี่ยวใน ATP และ NADPH (เนื่องจากไม่มีอะไร สามารถ "เก็บ" แสงได้โดยตรง) ใช้สร้างกลูโคสจากคาร์บอนไดออกไซด์และแหล่งคาร์บอนอื่น ๆ ใน ปลูก.

พืชมีสารสีหลายชนิดนอกเหนือจากคลอโรฟิลล์ เช่น ไฟโคเออร์ทรินและแคโรทีนอยด์ อย่างไรก็ตาม คลอโรฟิลล์มี พอร์ไฟริน โครงสร้างวงแหวน คล้ายกับโครงสร้างหนึ่งในโมเลกุลของฮีโมโกลบินในมนุษย์ วงแหวนพอร์ฟีรินของคลอโรฟิลล์ประกอบด้วยธาตุแมกนีเซียม โดยที่ธาตุเหล็กจะปรากฏในเฮโมโกลบิน

คลอโรฟิลล์ดูดซับแสงในส่วนสีเขียวของส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมแสง ซึ่งครอบคลุมช่วงทั้งหมดประมาณ 350 ถึง 800 พันล้านในหนึ่งเมตร

ในแง่หนึ่ง ตัวรับแสงของพืชจะดูดซับโฟตอนและใช้พวกมันเพื่อเตะอิเล็กตรอนที่หลับใหลเข้าสู่สภาวะตื่นตัวอย่างตื่นเต้น ทำให้พวกเขาวิ่งขึ้นบันไดไป ในที่สุดอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้เคียงใน "บ้าน" ของคลอโรฟิลล์ในบริเวณใกล้เคียงก็เริ่มวิ่งไปรอบ ๆ เช่นกัน ขณะที่พวกเขากลับเข้าสู่การงีบหลับ การกลับลงมาชั้นล่างช่วยให้น้ำตาลถูกสร้างขึ้นผ่านกลไกที่ซับซ้อนซึ่งดักจับพลังงานจากการเดินเท้า

เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอนจากโมเลกุลคลอโรฟิลล์หนึ่งไปยังโมเลกุลที่อยู่ติดกัน สิ่งนี้เรียกว่าการถ่ายเทพลังงานเรโซแนนซ์หรือ exciton โอน.