Первая часть данной статьи находится здесь
Светозависимые реакции фотосинтеза
Как световую энергию можно использовать для приготовления пищи? Когда человек включает лампу, электрическая энергия становится световой энергией. Как и все другие формы кинетической энергии, свет может перемещаться, менять форму и быть использован для выполнения работы. В случае фотосинтеза световая энергия преобразуется в химическую энергию, которую фотоавтотрофы используют для создания основных углеводородных молекул. Однако автотрофы используют только несколько специфических длин волн солнечного света.
Что такое световая энергия?
Солнце испускает огромное количество электромагнитного излучения (солнечная энергия в спектре от очень коротких гамма-лучей до очень длинных радиоволн). Люди могут видеть лишь крошечную часть этой энергии, которую мы называем "видимым светом". Способ перемещения солнечной энергии описывается как волны.
Ученые могут определить количество энергии волны, измеряяя ее длину волны (короче длины волны, чем длина волны) - расстояние между последовательными точками гребня волны. Таким образом, одна волна измеряется из двух последовательных точек, таких как от гребня к гребню или от корыта к корыту.
Видимый свет является лишь одним из многих видов электромагнитного излучения, испускаемого Солнцем и другими звездами.
Ученые различают различные виды излучаемой энергии от Солнца в пределах электромагнитного спектра. Электромагнитный спектр - это диапазон всех возможных частот излучения. Разница между длинами волн связана с количеством передаваемой ими энергии.
Каждый тип электромагнитного излучения распространяется на определенную длину волны. Чем дольше длина волны, тем меньше энергии она несет. Короткие, узкие волны несут в себе наибольшую энергию. Это может показаться нелогичным, но подумайте об этом с точки зрения перемещения тяжелого куска веревки. Для перемещения веревки в длинных, широких волнах человеку требуется совсем немного усилий. Чтобы веревка двигалась короткими, узкими волнами, человеку нужно было прикладывать значительно больше энергии.
Электромагнитный спектр показывает несколько типов электромагнитного излучения, исходящего от Солнца, включая рентгеновские и ультрафиолетовые (УФ) лучи. Высокоэнергетические волны могут проникать в ткани и повреждать клетки и ДНК, что объясняет, почему рентгеновские лучи и УФ-лучи могут быть опасны для живых организмов.
Поглощение света
Световая энергия инициирует процесс фотосинтеза, когда пигменты поглощают определенные длины волн видимого света.
Органические пигменты, будь то в сетчатке человека или хлоропластовом тилакоиде, обладают узким диапазоном уровней энергии, которые они могут поглощать. Уровни энергии ниже тех, что представлены красным светом, недостаточны для того, чтобы поднять орбитальный электрон в возбужденное (квантовое) состояние. Уровень энергии выше, чем при синем свете, физически разрушает молекулы в процессе, называемом отбеливанием.
Наши пигменты для сетчатки могут только "видеть" (поглощать) длины волн между 700 и 400 нм света, спектр, который поэтому называется видимым светом. По тем же причинам растения, молекулы пигмента поглощают только свет в диапазоне длин волн от 700 до 400 нм; физиологи растений называют этот диапазон для растений фотосинтетическим активным излучением.
Видимый свет, воспринимаемый людьми как белый свет, на самом деле существует в радуге цветов. Некоторые объекты, такие как призма или капля воды, рассеивают белый свет, чтобы раскрыть цвет человеческому глазу. Видимая световая часть электромагнитного спектра показывает радугу цветов, при этом фиолетовый и синий имеют меньшую длину волн, а значит и большую энергию. На другом конце спектра в сторону красного цвета длины волн длиннее и имеют меньшую энергию.
Энергетический цикл
Является ли организм бактерией, растением или животным, все живые существа получают доступ к энергии, расщепляя углеводы и другие органические молекулы, богатые углеводами. Но если растения производят углеводные молекулы, зачем им их расщеплять, особенно если было показано, что выделение газовых организмов в виде "отходов" (CO2) выступает в качестве субстрата для образования большего количества пищи при фотосинтезе? Помните, что живые существа нуждаются в энергии для выполнения жизненных функций.
Кроме того, организм может либо самостоятельно производить пищу, либо питаться другим организмом - в любом случае, пища все равно нуждается в разложении. Наконец, в процессе расщепления пищи, называемого клеточным дыханием, гетеротрофы выделяют необходимую энергию и производят "отходы" в виде CO2 газа.
Однако в природе нет такого понятия, как "отходы". Каждый атом материи и энергии сохраняется, перерабатывается снова и снова бесконечно. Вещества меняют форму или перемещаются от одного типа молекул к другому, но составляющие их атомы никогда не исчезают.
На самом деле CO2 является не более чем отходами, чем кислород, который расточительно используется для фотосинтеза. Оба являются побочными продуктами реакций, которые переходят к другим реакциям. Фотосинтез поглощает световую энергию для образования углеводов в хлоропластах, а аэробное клеточное дыхание высвобождает энергию, используя кислород для обмена углеводов в цитоплазме и митохондриях.
В обоих процессах используются цепи переноса электронов для улавливания энергии, необходимой для осуществления других реакций.
Эти два основных процесса, фотосинтез и клеточное дыхание, функционируют в биологической, циклической гармонии, позволяя организмам получать доступ к жизненно важной энергии, которая вырабатывается за миллионы миль от горящей звезды, которую люди называют солнцем.
