Conţinut
- Plantele celulelor vs. celulele animale
- Rolul fotosintezei
- Reacțiile fotosintezei
- Chimia clorofilei
- Fotoexcitare a clorofilei
Când vă gândiți la ramura științei implicată în modul în care plantele își obțin „hrana”, cel mai probabil luați în considerare biologia mai întâi. Dar, în realitate, fizica este în slujba biologiei, deoarece energia lumină de la soare este cea care a dat prima oară în trepte, iar acum continuă să alimenteze toată viața pe planeta Pământ. Mai exact, este o cascadă de transfer de energie pusă în mișcare când fotoni în părți de grevă ușoară a 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 energetică mai mare. Pe măsură ce se îndreaptă înapoi spre nivelul lor obișnuit de energie, energia pe care o eliberează este prima parte a fotosintezei. Astfel, fără clorofilă, fotosinteza nu ar putea apărea.
Plantele celulelor vs. celulele animale
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 legătură cu membrană organite, care îndeplinesc funcții specializate în interiorul celulei. Unul dintre acestea este exclusiv pentru plante și se numește cloroplastidiană. În interiorul acestor organele alungite apare fotosinteza.
În interiorul cloroplastelor se află structuri numite tilacoide, care au membrana proprie. În interiorul tilacoidelor este locul unde 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.
Rolul fotosintezei
Toate lucrurile vii au nevoie de o sursă de carbon pentru combustibil. Animalele le pot obține suficient de simplu mâncând și așteptând ca enzimele lor digestive și celulare să transforme materia în molecule de glucoză. Dar plantele trebuie să ia carbon prin frunzele lor, sub formă de gaz dioxid de carbon (CO2) în atmosferă.
Rolul fotosintezei este de a sorta plantele de captură până în același punct, metabolic vorbind, că animalele sunt deodată au generat glucoză din hrana lor. La animale, aceasta înseamnă a face mai mici molecule care conțin carbon înainte de a ajunge chiar și la celule, dar la plante înseamnă a produce molecule care conțin carbon mai mare iar în celule.
Reacțiile fotosintezei
În primul set de reacții, numit reacții ușoare deoarece necesită lumină directă, enzimele numite Photosystem I și Photosystem II în membrana tilacoidă sunt utilizate pentru a converti energia lumină pentru sinteza moleculelor ATP și NADPH, într-un sistem de transport de electroni.
Citiți mai multe despre lanțul de transport de electroni.
În așa-numitele reacții întunecate, care nici nu necesită și nu sunt perturbați de lumină, energia recoltată în ATP și NADPH (deoarece nimic nu poate „stoca” lumina direct) este utilizată pentru a produce glucoză din dioxid de carbon și alte surse de carbon din instalație.
Chimia clorofilei
Plantele au numeroși pigmenți în plus față de clorofilă, cum ar fi fitocerina și carotenoizii. Clorofila are însă o porfirinic structura inelară, similară cu cea din molecula de hemoglobină la om. Inelul de porfirină al clorofilei conține elementul de magneziu, unde fierul apare în hemoglobină.
Clorofila absoarbe lumina în porțiunea verde a secțiunii vizibile a spectrului luminos, care se întinde în toate domeniile de aproximativ 350 până la 800 de miliarde de metri.
Fotoexcitare a clorofilei
Într-un anumit sens, receptorii de lumină ai plantelor absorb fotoni și îi folosesc pentru a lovi electroni care s-au adormit într-o stare de veghe excitată, determinându-i să alerge pe o scară. În cele din urmă, electronii vecini din „casele” din clorofilă din apropiere încep să curgă și ei. Pe măsură ce se așează din nou în golurile lor, curgerea lor înapoi permite construirea zahărului printr-un mecanism complex care captează energia din picioarele lor.
Când energia este transferată de la o moleculă de clorofilă la una adiacentă, aceasta se numește transfer de energie de rezonanță sau excitonilor transfer.