Forståelse af pigmenter
Der findes forskellige slags pigmenter, og hvert af dem absorberer kun bestemte bølgelængder (farver) af synligt lys. Pigmenter afspejler farven på de bølgelængder, som de ikke kan absorbere.
Alle fotosyntetiske organismer indeholder et pigment kaldet klorofyl a, som mennesker ser som den almindelige grønne farve, der forbindes med planter. Klorofyl a absorberer bølgelængder fra begge ender af det synlige spektrum (blå og rød), men ikke fra grøn. Fordi grønt reflekteres, fremstår klorofyl grønt.
Figur 4. Planter, der almindeligvis vokser i skygge, har fordel af at have en række forskellige lysabsorberende pigmenter. Hvert pigment kan absorbere forskellige bølgelængder af lys, hvilket gør det muligt for planten at absorbere alt lys, der passerer gennem de højere træer. (credit: Jason Hollinger)
Andre pigmenttyper omfatter klorofyl b (som absorberer blåt og rød-orange lys) og carotenoiderne. Hver type pigment kan identificeres ved det specifikke mønster af bølgelængder, som det absorberer fra synligt lys, hvilket er dets absorptionsspektrum.
Mange fotosyntetiske organismer har en blanding af pigmenter; mellem dem kan organismen absorbere energi fra et bredere spektrum af bølgelængder i synligt lys. Det er ikke alle fotosyntetiske organismer, der har fuld adgang til sollys. Nogle organismer vokser under vandet, hvor lysintensiteten aftager med dybden, og hvor visse bølgelængder absorberes af vandet. Andre organismer vokser i konkurrence om lyset. Planter på regnskovens bund skal være i stand til at absorbere enhver smule lys, der kommer igennem, fordi de højere træer blokerer det meste af sollyset (figur 4).
Sådan fungerer lysafhængige reaktioner
Det overordnede formål med de lysafhængige reaktioner er at omdanne lysenergi til kemisk energi. Denne kemiske energi vil blive brugt af Calvin-cyklusen til at give brændstof til samling af sukkermolekyler.
De lysafhængige reaktioner begynder i en gruppering af pigmentmolekyler og proteiner, der kaldes et fotosystem. Fotosystemer findes i membranerne i thylakoiderne. Et pigmentmolekyle i fotosystemet absorberer én foton, en mængde eller “pakke” lysenergi, ad gangen.
En foton med lysenergi rejser, indtil den når et klorofylmolekyle. Fotonen får en elektron i klorofylet til at blive “exciteret”. Den energi, der gives til elektronen, gør det muligt for den at løsrive sig fra et atom i klorofylmolekylet. Man siger derfor, at klorofyl “donerer” en elektron (figur 5).
Figur 5. Lysenergi absorberes af et klorofylmolekyle og sendes ad en vej videre til andre klorofylmolekyler. Energien kulminerer i et klorofylmolekyle, der findes i reaktionscentret. Energien “exciterer” en af dets elektroner så meget, at den forlader molekylet og overføres til en primær elektronacceptor i nærheden. Et vandmolekyle spaltes for at frigive en elektron, som er nødvendig for at erstatte den afgivne elektron. Der dannes også ilt- og hydrogenioner ved spaltning af vand.
For at erstatte elektronen i klorofyl spaltes et vandmolekyle. Denne spaltning frigiver en elektron og resulterer i dannelsen af ilt (O2) og hydrogenioner (H+) i thylakoidrummet. Teknisk set frigiver hver opsplitning af et vandmolekyle et elektronpar og kan derfor erstatte to donerede elektroner.
Den nye elektron gør det muligt for klorofyl at reagere på en anden foton. De iltmolekyler, der produceres som biprodukter, finder deres vej til det omgivende miljø. Brintionerne spiller afgørende roller i resten af de lysafhængige reaktioner.
Husk, at formålet med de lysafhængige reaktioner er at omdanne solenergi til kemiske bærestoffer, der vil blive brugt i Calvin-cyklussen. I eukaryoter findes der to fotosystemer, det første kaldes fotosystem II, som er navngivet efter rækkefølgen af dets opdagelse snarere end efter rækkefølgen af dets funktion.
Når fotonen rammer, overfører fotosystem II den frie elektron til den første i en række proteiner inde i thylakoidmembranen kaldet elektrontransportkæden. Når elektronen passerer langs disse proteiner, giver energien fra elektronen brændstof til membranpumper, der aktivt flytter hydrogenioner mod deres koncentrationsgradient fra stromaet ind i thylakoidrummet. Dette er helt analogt med den proces, der foregår i mitokondriet, hvor en elektrontransportkæde pumper hydrogenioner fra det mitokondrielle stroma over den indre membran og ind i intermembranrummet, hvilket skaber en elektrokemisk gradient. Efter at energien er brugt, accepteres elektronen af et pigmentmolekyle i det næste fotosystem, som kaldes fotosystem I (figur 6).
Figur 6. Fra fotosystem II bevæger den exciterede elektron sig langs en række proteiner. Dette elektrontransportsystem bruger energien fra elektronen til at pumpe hydrogenioner ind i det indre af thylakoidet. Et pigmentmolekyle i fotosystem I tager imod elektronen.