תוֹכֶן
כשחושבים על ענף המדע המעורב באופן שבו צמחים משיגים את "המזון" שלהם, סביר להניח שאתה שוקל תחילה את הביולוגיה. אבל במציאות, מדובר בפיזיקה בשירות הביולוגיה מכיוון שמדובר באנרגיית אור מהשמש שהתחילה לראשונה להילוך, וכעת היא ממשיכה לשלטון, כל החיים בכדור הארץ. באופן ספציפי זהו מפל העברת אנרגיה המופעל בתנועה כאשר פוטונים במכה קלה חלקים של א כלורופיל מולקולה.
תפקיד הפוטונים ב פוטוסינתזה להיספג על ידי הכלורופיל באופן שגורם לאלקטרונים בחלק של מולקולת הכלורופיל להיות "נרגשים" באופן זמני, או במצב אנרגטי גבוה יותר. כשהם נסחפים חזרה לעבר רמת האנרגיה הרגילה שלהם, האנרגיה שהם משחררים מעניקה את החלק הראשון של הפוטוסינתזה. כך שללא כלורופיל, פוטוסינתזה לא הייתה יכולה להתרחש.
צמח תאים לעומת תאים מהחי
צמחים ובעלי חיים הם שניהם אוקריוטים. ככאלה, לתאים שלהם יש הרבה יותר מהמינימום היחסי שכל התאים חייבים להיות (קרום תאים, ריבוזומים, ציטופלזמה ו- DNA). התאים שלהם עשירים בכבלי קרום אברונים, המבצעים פונקציות ייעודיות בתא. אחד כזה בלעדי לצמחים ונקרא כלורופלסט. בתוך האברונים המוארכים הללו מתרחשת פוטוסינתזה.
בתוך הכלורופלסטים נמצאים מבנים הנקראים תילאוקואידים, אשר להם קרום משלהם. בתוך התילקואידים הוא היכן שהמולקולה המכונה כלורופיל יושבת, במובן מסוים ממתינה להוראות בצורת הבזק אור מילולי.
קרא עוד על הדמיון וההבדלים בין תאי צמחים ובעלי חיים.
תפקיד הפוטוסינתזה
כל היצורים החיים זקוקים למקור פחמן לדלק. בעלי חיים יכולים להשיג את שלהם בפשטות על ידי אכילה, ומחכים לאנזימים העיכול והתאיים שלהם שיהפכו את החומר למולקולות גלוקוז. אבל צמחים חייבים להכניס פחמן דרך העלים שלהם, בצורה של גז פחמן דו חמצני (CO2) באווירה.
תפקידה של הפוטוסינתזה הוא למיין צמחי לתפוס עד לאותה נקודה, מבחינה מטבולית, שבעלי חיים הם בו זמנית יצרו גלוקוז מהמזון שלהם. אצל בעלי חיים משמעות הדבר היא הפיכת מולקולות שונות המכילות פחמן לפני שהן אפילו מגיעות לתאים, אך בצמחים זה אומר לייצר מולקולות המכילות פחמן יותר גדול ובתאים.
תגובות הפוטוסינתזה
בסט התגובות הראשון, שנקרא תגובות אור מכיוון שהם דורשים אור ישיר, אנזימים הנקראים Photosystem I ו- Photosystem II בקרום התילקואיד משמשים להמרת אנרגיית אור לסינתזה של מולקולות ATP ו- NADPH, במערכת הובלת אלקטרונים.
קרא עוד על שרשרת הובלת האלקטרונים.
במה שנקרא תגובות חשוכות, אשר לא דורשים אור ולא מפריע להם, האנרגיה שנקטפת ב- ATP וב- NADPH (מכיוון ששום דבר לא יכול "לאגור" אור ישירות) משמשת לבניית גלוקוז מפחמן דו חמצני ומקורות פחמן אחרים בצמח.
כימיה של כלורופיל
לצמחים פיגמנטים רבים בנוסף לכלורופיל, כמו הפייקרואטרין והקרוטנואידים. לכלורופיל, לעומת זאת, יש פורפירין מבנה טבעת, הדומה לזה במולקולת המוגלובין בבני אדם. טבעת הפורפירין של הכלורופיל מכילה את היסוד מגנזיום, שם מופיע ברזל בהמוגלובין.
הכלורופיל קולט אור בחלק הירוק של החלק הנראה בספקטרום האור, אשר בסך הכל משתרע על פני 350 עד 800 מיליארד מ 'מטר.
צילום עירור של כלורופיל
במובן מסוים, קולטני אור צמחיים סופגים פוטונים ומשתמשים בהם בכדי לבעוט אלקטרונים שנמנמו למצב של ערות נרגשת, מה שמוביל אותם לרוץ במעלה מדרגות. בסופו של דבר, אלקטרונים שכנים ב"בתים "כלורופיליים סמוכים מתחילים להתרוצץ גם הם. כשהם מתיישבים בתנומותיהם, הגלישה שלהם בחזרה למטה מאפשרת לבנות סוכר באמצעות מנגנון מורכב אשר לוכד את האנרגיה מהנפילות שלהם.
כאשר אנרגיה מועברת ממולקולת כלורופיל אחת לזו סמוכה, זה נקרא העברת אנרגיה תהודה, או אקיטון העברה.