Innehåll
- Växtceller kontra djurceller
- Fotosyntes roll
- Reaktionerna från fotosyntes
- Klorofyllkemi
- Fotoexcitation av klorofyll
När du tänker på den vetenskapsgren som är involverad i hur växter får sin "mat", överväger du sannolikt biologi först. Men i verkligheten är det fysiken som tjänar biologin eftersom det är ljusenergi från solen som först började växla och nu fortsätter att driva, allt liv på planeten Jorden. Specifikt är det en energiöverföringskaskad som är igång när fotoner i lätt strejk delar av a klorofyll molekyl.
Fotonernas roll i fotosyntes ska absorberas av klorofyll på ett sätt som får elektroner i en del av klorofyllmolekylen att tillfälligt "upphetsas" eller i ett högre energitillstånd. När de driver tillbaka mot sin vanliga energinivå, krafter den energi de frigör den första delen av fotosyntesen. Utan klorofyll kunde fotosyntesen inte ske.
Växtceller kontra djurceller
Växter och djur är båda eukaryoter. Som sådana har deras celler mycket mer än bara det minimum som alla celler måste ha (ett cellmembran, ribosomer, cytoplasma och DNA). Deras celler är rika på membranbundna organeller, som utför specialiserade funktioner i cellen. En av dessa är exklusiv för växter och kallas kloroplast. Det är inom dessa avlånga organeller som fotosyntes inträffar.
Inuti kloroplasterna finns strukturer som kallas tylakoider, som har sitt eget membran. Inuti thylakoiderna är där molekylen känd som klorofyll sitter, i en mening avvaktande instruktioner i form av en bokstavlig ljusblink.
Läs mer om likheter och skillnader mellan växt- och djurceller.
Fotosyntes roll
Alla levande saker behöver en källa till kol för bränsle. Djur kan få deras helt enkelt genom att äta och vänta på att deras matsmältnings- och cellulära enzymer förvandlar saken till glukosmolekyler. Men växter måste ta in kol genom sina blad, i form av koldioxidgas (CO2) i atmosfären.
Fotosyntesens roll är att sortera fångstväxter upp till samma punkt, metaboliskt sett, att djur på en gång har genererat glukos från maten. Hos djur betyder det att göra olika kolinnehållande molekyler mindre innan de ens når cellerna, men i växter betyder det att göra kolinnehållande molekyler större och inom celler.
Reaktionerna från fotosyntes
I den första uppsättningen reaktioner, kallad ljusreaktioner eftersom de kräver direkt ljus används enzymer som kallas Photosystem I och Photosystem II i tylakoidmembranet för att omvandla ljusenergi för syntes av ATP- och NADPH-molekyler, i ett elektrontransportsystem.
Läs mer om elektrontransportkedjan.
I den så kallade mörka reaktioner, som varken kräver eller störs av ljus, energin som skördas i ATP och NADPH (eftersom ingenting kan "lagra" ljus direkt) används för att bygga glukos från koldioxid och andra källor i växten.
Klorofyllkemi
Växter har många pigment utöver klorofyll, såsom phycoerthryin och karotenoiderna. Klorofyll har dock en porfyrin ringstruktur, liknande en i hemoglobinmolekylen hos människor. Porfyrinringen av klorofyll innehåller elementet magnesium, där järn förekommer i hemoglobin.
Klorofyll absorberar ljus i den gröna delen av det synliga avsnittet i ljusspektrumet, som i allt sträcker sig över ett intervall på cirka 350 till 800 miljarder meter av en meter.
Fotoexcitation av klorofyll
På ett sätt absorberar växtljusreceptorer fotoner och använder dem för att sparka in elektroner som har slumrat i ett tillstånd av upphetsad vakenhet, vilket leder dem att springa upp en trappa. Så småningom börjar angränsande elektroner i närliggande klorofyll "hem" också springa runt. När de slår sig tillbaka i sina tupplurar, med deras skurrande tillbaka nerför kan man bygga socker genom en komplex mekanism som fångar energin från deras fotfall.
När energi överförs från en klorofyllmolekyl till en angränsande kallas detta resonans energiöverföring, eller exciton överföra.