Ormos Pál

II. A fotoszintézis

A fényenergia közvetlen biológiai átalakításának több módja alakult ki az evolúció során. Legfejlettebb a zöld növények leveleiben zajló fotoszintézis. E folyamat eredményeként az elnyelt fény energiáját a növény arra fordítja, hogy a vizet elbontja hidrogénre és oxigénre, valamint nagy energiatartalmú cukrot készít. Az oxigéngáz formájában felszabadul, a hidrogént pedig a légkörből felvett szén-dioxid molekulával megfelelő arányban összerakva készíti a növény a cukrot, a szénhidrátot. Az átalakítások eredményeként az elnyelt fény energiájának jelentős része, 30 százaléka hasznosul, e 30%-os hatásfok nagyon jó érték - a legmodernebb napelemek sem képesek hatásosabb működésre.

7. ábra

A fénysugárzás részecskéi, hordozói a fotonok. A fény színe meghatározza, hogy egy foton energiája mekkora. A látható fénnyel az a helyzet, hogy egyetlen foton energiája nem elegendő a fotoszintézisben lezajló lépések táplálására. Egy cukormolekula előállításához, de egyetlen vízmolekula elbontásához is több foton energiájára van szükség. A fotoszintetizáló rendszer ezért több lépésben végzi munkáját, az egyes fotonok energiáját a megfelelő pillanatig tárolja.

8. ábra

A jó hatásfok eléréséhez külön antennarendszer is kifejlődött az evolúció során. A fotoszintézist végző reakciócentrumok környezetében helyezkednek el az úgynevezett antennafehérjék. Ezekben ugyancsak klorofillmolekulák nyelik el a fotonokat, majd továbbadják a reakciócentrumoknak. Az energiaátadást nagyon speciális rendben elhelyezkedő antennafehérjékkel lehet jó hatásfokkal megoldani. A képen látható teljesen szabályos elrendeződés egyszerűbb, de jobban ismert rendszerre, a bakteriális reakciócentrumra vonatkozik, a zöld növények is hasonlóak. A kép arra is jó példa, hogy a természet milyen esztétikus alakzatokat tud létrehozni.

Látjuk, a fotoszintézis a jó hatásfokot nagy bonyolultságú apparátussal éri el. Az előadás keretében az energiaátalakítás fizikai alaplépéseit szeretném megértetni. Többször beszéltem eddig is a fehérjékről, melyeket a biológiai tárgyú előadások amúgy is rendszerint emlegetni szoktak. Most megismerkedünk egy kicsit közelebbről is e molekulákkal, és ezt követően egy egyszerűbb fényenergia-átalakító rendszert tárgyalunk nagyobb részletességgel.