SVĚTLO A FOTOSYNTÉZA
Vlastnosti světla
Bílé světlo je rozděleno do různých barev (= vlnových délek) světla, které prochází přes hranol. Vlnová délka je definována jako vzdálenost od vrcholu k vrcholu (nebo od koryta ke korytu). Energie je nepřímo úměrná k vlnové délce: delší vlnové délky mají méně energie než ty kratší.
Vlnová délka a jiné aspekty povahy světla
Pořadí barev je určeno vlnovou délkou světla. Viditelné světlo je jedna malá část elektromagnetického spektra. Delší vlnové délky viditelného světla mají více červené barvy. Kratší vlnové délky viditelného světla mají více fialové barvy.
Vlnové délky delší než červené jsou označovány jako infračervené, zatímco ty kratší než fialové jsou ultrafialové.
Světlo se chová jako vlna i jako částice. Vlnové vlastnosti světla zahrnují ohýbání vlnové cesty, když prochází z jednoho materiálu (medium) do druhého (např. hranol, duha, tužka ve sklenici vody atd.). Částicové vlastnosti jsou demonstrovány fotoelektrickým efektem. Zinek vystavený ultrafialovému světlu se stává pozitivně nabitým, protože světelná energie vyvíjí elektrony ze zinku.Tyto elektrony mohou vytvořit elektrický proud. Sodík, draslík a selen mají kritické vlnové délky ve viditelnosti světelného rozsahu. Kritická vlnová délka je maximální vlnová délka světla(viditelného nebo neviditelného), které vytváří fotoelektrický efekt.
Chlorofyl a příslušná barviva / pigmenty
Barvivo je jakákoliv substance, která absorbuje světlo. Světlo z barviva pochází z vlnových délek světelného odrazu (jinými slovy z těch, které nejsou absorbovány).
Cholorofyl, zelené barvivo společné všem fotosyntetickým buňkám, absorbuje všechny vlnové délky nebo viditelné světlo kromě zeleného.
Černé barvivo absorbují všechny vlnové délky, které je zasáhnou.
Bílé barvivo / světlejší barvy, odráží všechno, nebo téměř všechno z energie, která je zasáhne. Barviva mají svoje vlastní charakteristické pohlcující spektrum, které pohlcuje typ z daného barviva.
Absorbce a přenos různých vlnových délek světla předpokládaným barvivem/pigmentem
Chlorofyl je komplexní molekula. Několik modifikací chlorofylu se nachází mezi rostlinami a dalšími fotosyntetickými organismy. Všechny fotosyntetické organismy (rostliny, určité prochlorobakterie a sinice) mají chlorofyl. Přídavná barviva pohlcují energii, kterou chlorofyl nepohltí. Přídavná barviva obsahují chlorofyl b, (také c, d, a e v řasách ). Chlorofyl pohlcuje svoji engergii z fialovo-modrých a oranžovo-červených vlnových délek a jen málo z průběžných (zeleno-žluto-oranžových) vlnových délek.
Karotenoidy a chlorofyl b pohlcují částečně energii v zelených vlnových délkách. Oba chlorofyly také pohlcují energii v oranžovo-červeném spektru ( s delšími vlnovými délkami a nižší energií). Toto může být přičteno počátkům fotosyntetických organismů v moři. Kratší vlnové délky (s více energií) nepronikají více než pod 5 metrů v moři. Tato schopnost pohlcovat energii z delších vlnových délek (vyžaduje větší pronikavost) mohla být výhodou pro rané fotosyntetické řasy, které nebyly schopny být ve vyšší světelné zóně moře po celý čas.
Akční spektrum fotosyntézy je relativní činnost různých vlnových délek světla na vytváření elektronů. Pokud barvivo pohlcuje světelnou energii, jedna ze tří věcí bude následovat.
Energie se rozptýlí ve formě tepla.
Energie může být vydávána okamžitě jako delší vlnové vlákno jevem známým jako fluorescence.
Energie může spustit chemickou reakci jako ve fotosyntéze. Chlorofyl spustí chemickou reakci, když je spojen s proteiny usazenými v membráně (jako v chloroplastu).
Světelná reakce / Light reaction
V procesech závislých na světle (světelných reakcích) světlo zasáhne chlorofyl takovým způsobem, který vyvolá elektrony k vyššímu stupni energie. V sériích reakcí je energie konvertována do ATP a NADPH. Voda je rozdělena v procesu uvolňující kyslík jako vedlejší produkt reakce. ATP a NADPH jsou používány k vytvoření C-C vazby v procesech nezávislých na světle (tmavých reakcích)
V procesech závislých na světle je oxid uhličitý z atmosféry (nebo voda pro vodní/ mořské organismy) zachycen a modifikován přidáním vodíku až k formě sacharidů (obecný vzorec sacharidů je[CH2O]n). Začlenění oxidu uhličitého do organických složek je známé jako uhlíková fixace. Tato energie pochází z první fáze procesu fotosyntézy. Živé systémy nemohou přímo zužitkovat světelnou energii, ale mohou, přes komplikované série reakcí, konvertovat do C-C vazby energie, které mohou být uvolněny do glykolýzy a ostatních metabolických procesů.
Fotosystémy jsou uspořádáním chlorofylů a dalších barviv zabalených v tylakoidech. Mnoho Prokaryot má pouze jeden fotosystém. Fotosystém II ( tak je nazýván, protože, zatímco první se vyvíjel, byl to druhý, který byl objeven.) Eukaryot má fotosystém II plus fotosystém I. Fotosystém I užívá chloforyl a ve formě referované jako P700. Fotosystém II užívá formu chlorofylu a, známou jako P680. Obě „aktivní" formy chlorofylu a fungují ve fotosyntéze ke spojení proteinů v thylakoidové membráně.
Tmavá reakce / Dark reaction
Carbonovo-fixační reakce jsou také známé jako tmavé reakce (nebo na světle nezávislé reakce). Oxid uhličitý vstupuje bezbuněčný skrz nespecializované struktury, rozptylující se do buněk. Pozemní rostliny musí chránit proti vysychání a to vyvinulo specializovanou strukturu známou jako průduchy, které dovolí plynu vstoupit a opustit list. Calvinův cyklus zahrnuje průduchy z chloroplastu (kam by mohl být zahrnut prokaryot).
Oxid uhličitý je zachycen chemickým bifosfátem. (RuBP). Šest molekul oxidu uhličitého vstupuje do Calvinova cyklu, eventuálně produkuje jednu molekulu glukózy
