Poznání pigmentů
Existují různé druhy pigmentů a každý z nich absorbuje pouze určité vlnové délky (barvy) viditelného světla. Pigmenty odrážejí barvu vlnových délek, které nemohou absorbovat.
Všechny fotosyntetizující organismy obsahují pigment zvaný chlorofyl a, který lidé vnímají jako běžnou zelenou barvu spojenou s rostlinami. Chlorofyl a absorbuje vlnové délky z obou konců viditelného spektra (modré a červené), ale ne zelené. Protože se zelená barva odráží, jeví se chlorofyl jako zelený.
Obrázek 4. Rostliny, které běžně rostou ve stínu, těží z toho, že mají různé pigmenty pohlcující světlo. Každý pigment může absorbovat různé vlnové délky světla, což rostlině umožňuje pohlcovat veškeré světlo, které prochází skrz vyšší stromy. (kredit: Jason Hollinger)
Mezi další typy pigmentů patří chlorofyl b (který pohlcuje modré a červenooranžové světlo) a karotenoidy. Každý typ pigmentu lze identifikovat podle specifického vzorce vlnových délek, které absorbuje z viditelného světla, což je jeho absorpční spektrum.
Mnoho fotosyntetických organismů má směs pigmentů; mezi nimi může organismus absorbovat energii z širšího spektra vlnových délek viditelného světla. Ne všechny fotosyntetizující organismy mají plný přístup ke slunečnímu světlu. Některé organismy rostou pod vodou, kde intenzita světla s hloubkou klesá a voda určité vlnové délky pohlcuje. Jiné organismy rostou v konkurenci o světlo. Rostliny na dně deštného pralesa musí být schopny absorbovat každý kousek světla, který projde, protože vyšší stromy většinu slunečního světla blokují (obrázek 4).
Jak fungují reakce závislé na světle
Celkovým účelem reakcí závislých na světle je přeměna světelné energie na energii chemickou. Tuto chemickou energii využije Calvinův cyklus jako palivo pro sestavení molekul cukru.
Reakce závislé na světle začínají v seskupení molekul pigmentu a bílkovin zvaném fotosystém. Fotosystémy existují v membránách tylakoidů. Molekula pigmentu ve fotosystému absorbuje vždy jeden foton, množství nebo „balíček“ světelné energie.
Foton světelné energie putuje, dokud se nedostane k molekule chlorofylu. Foton způsobí „excitaci“ elektronu v chlorofylu. Energie dodaná elektronu mu umožní uvolnit se z atomu molekuly chlorofylu. O chlorofylu se proto říká, že „daruje“ elektron (obrázek 5).
Obrázek 5. Světelná energie je absorbována molekulou chlorofylu a předává se po dráze dalším molekulám chlorofylu. Energie vrcholí v molekule chlorofylu, která se nachází v reakčním centru. Energie „excituje“ jeden z jeho elektronů natolik, že opustí molekulu a přenese se na blízký primární akceptor elektronů. Molekula vody se rozštěpí a uvolní elektron, který je potřebný k nahrazení odevzdaného elektronu. Štěpením vody vznikají také ionty kyslíku a vodíku.
Pro nahrazení elektronu v chlorofylu se rozštěpí molekula vody. Tímto štěpením se uvolní elektron a v thylakoidním prostoru se vytvoří kyslík (O2) a vodíkové ionty (H+). Technicky vzato každé rozštěpení molekuly vody uvolní pár elektronů, a může tedy nahradit dva darované elektrony.
Nahrazení elektronu umožňuje chlorofylu reagovat na další foton. Molekuly kyslíku, které vznikají jako vedlejší produkty, si najdou cestu do okolního prostředí. Vodíkové ionty hrají rozhodující roli ve zbývajících reakcích závislých na světle.
Pamatujte, že účelem reakcí závislých na světle je přeměna sluneční energie na chemické nosiče, které budou využity v Calvinově cyklu. U eukaryot existují dva fotosystémy, první se nazývá fotosystém II, který je pojmenován spíše podle pořadí svého objevení než podle pořadí funkce.
Po dopadu fotonu fotosystém II předá volný elektron prvnímu z řady proteinů uvnitř thylakoidní membrány, který se nazývá elektronový transportní řetězec. Při průchodu elektronu těmito proteiny energie z elektronu pohání membránové pumpy, které aktivně přesouvají vodíkové ionty proti jejich koncentračnímu gradientu ze stromatu do thylakoidního prostoru. To je zcela analogické procesu, který probíhá v mitochondrii, kde elektronový transportní řetězec přečerpává vodíkové ionty ze stromatu mitochondrie přes vnitřní membránu do mezimembránového prostoru a vytváří elektrochemický gradient. Po využití energie je elektron přijat molekulou pigmentu v dalším fotosystému, který se nazývá fotosystém I (obrázek 6).
Obrázek 6. Fotosystém I se nazývá fotosystém I. Z fotosystému II putuje excitovaný elektron podél řady bílkovin. Tento systém přenosu elektronů využívá energii z elektronu k čerpání vodíkových iontů do nitra tylakoidu. Molekula pigmentu ve fotosystému I přijímá elektron.
.