Înțelegerea pigmenților
Există diferite tipuri de pigmenți, iar fiecare dintre ei absoarbe doar anumite lungimi de undă (culori) ale luminii vizibile. Pigmenții reflectă culoarea lungimilor de undă pe care nu le pot absorbi.
Toate organismele fotosintetice conțin un pigment numit clorofilă a, pe care oamenii îl văd ca fiind culoarea verde comună asociată cu plantele. Clorofila a absoarbe lungimi de undă de la ambele capete ale spectrului vizibil (albastru și roșu), dar nu și din verde. Deoarece verdele este reflectat, clorofila apare verde.
Figura 4. Plantele care cresc în mod obișnuit la umbră beneficiază de faptul că au o varietate de pigmenți care absorb lumina. Fiecare pigment poate absorbi diferite lungimi de undă de lumină, ceea ce permite plantei să absoarbă orice lumină care trece prin copacii mai înalți. (credit: Jason Hollinger)
Alte tipuri de pigmenți includ clorofila b (care absoarbe lumina albastră și roșu-portocaliu) și carotenoizii. Fiecare tip de pigment poate fi identificat după modelul specific de lungimi de undă pe care le absoarbe din lumina vizibilă, ceea ce reprezintă spectrul său de absorbție.
Multe organisme fotosintetice au un amestec de pigmenți; între ei, organismul poate absorbi energie dintr-o gamă mai largă de lungimi de undă ale luminii vizibile. Nu toate organismele fotosintetice au acces deplin la lumina solară. Unele organisme cresc subacvatic, unde intensitatea luminii scade odată cu adâncimea, iar anumite lungimi de undă sunt absorbite de apă. Alte organisme cresc în competiție pentru lumină. Plantele de pe podeaua pădurii tropicale trebuie să fie capabile să absoarbă orice fărâmă de lumină care pătrunde, deoarece copacii mai înalți blochează cea mai mare parte a luminii solare (figura 4).
Cum funcționează reacțiile dependente de lumină
Scopul general al reacțiilor dependente de lumină este de a transforma energia luminoasă în energie chimică. Această energie chimică va fi utilizată de ciclul Calvin pentru a alimenta asamblarea moleculelor de zahăr.
Reacțiile dependente de lumină încep într-o grupare de molecule de pigmenți și proteine numită fotosistem. Fotosistemele există în membranele tilacoidelor. O moleculă de pigment din fotosistem absoarbe câte un foton, o cantitate sau un „pachet” de energie luminoasă, la un moment dat.
Un foton de energie luminoasă călătorește până când ajunge la o moleculă de clorofilă. Fotonul face ca un electron din clorofilă să devină „excitat”. Energia dată electronului îi permite acestuia să se desprindă de un atom al moleculei de clorofilă. Prin urmare, se spune că clorofila „donează” un electron (figura 5).
Figura 5. Energia luminoasă este absorbită de o moleculă de clorofilă și este transmisă de-a lungul unui traseu către alte molecule de clorofilă. Energia culminează într-o moleculă de clorofilă care se găsește în centrul de reacție. Energia „excită” unul dintre electronii săi suficient de mult pentru a părăsi molecula și a fi transferat la un acceptor primar de electroni din apropiere. O moleculă de apă se scindează pentru a elibera un electron, care este necesar pentru a-l înlocui pe cel donat. Din scindarea apei se formează, de asemenea, ioni de oxigen și hidrogen.
Pentru a înlocui electronul din clorofilă, o moleculă de apă este scindată. Această scindare eliberează un electron și are ca rezultat formarea de oxigen (O2) și de ioni de hidrogen (H+) în spațiul tilacoidian. Din punct de vedere tehnic, fiecare rupere a unei molecule de apă eliberează o pereche de electroni și, prin urmare, poate înlocui doi electroni donați.
Înlocuirea electronului permite clorofilei să răspundă la un alt foton. Moleculele de oxigen produse ca subproduse își găsesc drumul spre mediul înconjurător. Ionii de hidrogen joacă roluri critice în restul reacțiilor dependente de lumină.
Rețineți că scopul reacțiilor dependente de lumină este de a transforma energia solară în purtători chimici care vor fi utilizați în ciclul Calvin. La eucariote, există două fotosisteme, primul se numește fotosistemul II, care este numit mai degrabă pentru ordinea descoperirii sale decât pentru ordinea funcției.
După ce fotonul lovește, fotosistemul II transferă electronul liber către prima dintr-o serie de proteine din interiorul membranei tiroziene numită lanțul de transport al electronilor. Pe măsură ce electronul trece de-a lungul acestor proteine, energia electronului alimentează pompele de membrană care deplasează în mod activ ionii de hidrogen împotriva gradientului lor de concentrație din stroma în spațiul tirokoidian. Acest lucru este destul de asemănător cu procesul care are loc în mitocondrie, în care un lanț de transport al electronilor pompează ioni de hidrogen din stroma mitocondrială prin membrana internă și în spațiul intermembranar, creând un gradient electrochimic. După ce energia este folosită, electronul este acceptat de o moleculă de pigment în următorul fotosistem, care se numește fotosistem I (figura 6).
Figura 6. De la fotosistemul II, electronul excitat călătorește de-a lungul unei serii de proteine. Acest sistem de transport al electronilor utilizează energia de la electron pentru a pompa ionii de hidrogen în interiorul tirocoidului. O moleculă de pigment din fotosistemul I acceptă electronul.
.