Indhold
- Plant celler vs. dyreceller
- Fotosyntesens rolle
- Reaktionerne ved fotosyntesen
- Chlorophyll kemi
- Fotoexcitation af klorofyll
Når du tænker på den gren af videnskaben, der er involveret i, hvordan planter får deres "mad", overvejer du sandsynligvis biologi først. Men i virkeligheden er det fysik, der tjener biologien, fordi det er lysenergi fra solen, der først sparkede i gear, og nu fortsætter med magten, alt liv på planeten Jorden. Specifikt er det en energioverførselskaskade, der er sat i gang, når fotoner i let strejke dele af a klorofyl molekyle.
Fotonenes rolle i fotosyntese skal absorberes af klorofyll på en måde, der får elektroner i en del af klorofyllmolekylet til at blive midlertidigt "ophidsede" eller i en højere energitilstand. Når de kører tilbage mod deres sædvanlige energiniveau, styrker den energi, de frigiver, den første del af fotosyntesen. Uden klorofyll kunne fotosyntesen således ikke forekomme.
Plant celler vs. dyreceller
Planter og dyr er begge eukaryoter. Som sådan har deres celler langt mere end det blotte minimum, som alle celler skal have (en cellemembran, ribosomer, cytoplasma og DNA). Deres celler er rige på membranbundet organeller, der udfører specialiserede funktioner i cellen. En af disse er eksklusiv for planter og kaldes kloroplast. Det er inden for disse aflange organeller, at fotosyntesen forekommer.
Inde i chloroplasterne er strukturer kaldet thylakoider, som har deres egen membran. Inde i thylakoiderne er hvor molekylet kendt som klorofyl sidder, i en forstand afventer instruktioner i form af en bogstavelig lysglimt.
Læs mere om lighederne og forskellene mellem plante- og dyreceller.
Fotosyntesens rolle
Alle levende ting har brug for en kilde til kulstof til brændstof. Dyr kan få deres simpelthen nok ved at spise og vente på, at deres fordøjelses- og cellulære enzymer omdanner sagen til glukosemolekyler. Men planter skal indtage kulstof gennem deres blade i form af kuldioxidgas (CO2) i atmosfæren.
Fotosyntesens rolle er at sortere fangstplanter op til samme punkt, metabolisk set, at dyr på en gang har genereret glukose fra deres mad. Hos dyr betyder det at gøre forskellige kulstofholdige molekyler mindre, før de endda når celler, men i planter betyder det at fremstille kulstofholdige molekyler større og inden i celler.
Reaktionerne ved fotosyntesen
I det første sæt reaktioner, kaldet lysreaktioner fordi de kræver direkte lys, bruges enzymer kaldet Photosystem I og Photosystem II i thylakoidmembranen til at konvertere lysenergi til syntese af ATP- og NADPH-molekyler i et elektrontransportsystem.
Læs mere om elektrontransportkæden.
I den såkaldte mørke reaktioner, som hverken kræver eller forstyrres af lys, bruges energien høstet i ATP og NADPH (da intet kan "lagre" lys direkte) til at opbygge glukose fra kuldioxid og andre kulstofkilder i planten.
Chlorophyll kemi
Planter har mange pigmenter ud over chlorophyll, såsom phycoerthryin og carotenoider. Klorofyll har imidlertid en porphyrin ringstruktur, der ligner en i hæmoglobinmolekylet hos mennesker. Porphyrinringen af klorofyl indeholder dog elementet magnesium, hvor jern forekommer i hæmoglobin.
Klorofyll absorberer lys i den grønne del af det synlige afsnit af lysspektret, der i alt spænder over et område på omkring 350 til 800 milliarddele af en meter.
Fotoexcitation af klorofyll
På en måde absorberer plantelysreceptorer fotoner og bruger dem til at sparke elektroner, der har sluppet ind i en tilstand af ophidset vågenhed, hvilket fører dem til at løbe op ad trappen. Til sidst begynder nabokommende elektroner i nærliggende klorofyl "hjem" også at løbe rundt. Når de slår sig ned i deres lur, giver deres skurrende tilbage nedenunder mulighed for at opbygge sukker gennem en kompleks mekanisme, der fanger energien fra deres fodfald.
Når energi overføres fra et chlorofyllmolekyle til et tilstødende, kaldes dette resonansenergioverførsel, eller exciton overførsel.