warna pigmen terbaik yang dapat dihasilkan yang dapat mendorong fotosintesis pengoksidasi air.

 

Karena itulah warna pigmen terbaik yang dapat dihasilkan yang dapat mendorong fotosintesis pengoksidasi air.

Ada sejumlah persyaratan sistem fotosintesis dan pigmen yang, jika dipertimbangkan bersama, menghasilkan klorofil yang paling berguna dan karenanya paling melimpah. Saya akan menyebutkan beberapa yang lebih penting.

Agar molekul berguna secara fotosintesis sebagai pigmen:

Elektron yang diberi energi ketika menyerap foton harus bebas berpindah ke molekul lain. Menyerap foton saja tidak cukup. Ini membatasi struktur molekul pada molekul dengan elektron yang terdelokalisasi.

Ini harus menyerap di wilayah spektrum elektromagnetik di mana tenaga surya tinggi: kira-kira antara 400nm dan 1000 nm. (N.B. Ini juga alasan kami berevolusi menjadi peka terhadap wilayah spektrum ini).

Keadaan tereksitasi pertamanya harus memiliki energi yang cukup untuk mendorong fotosintesis fotosintesis. Ini tidak berarti bahwa ia memiliki cukup energi untuk mengoksidasi substrat, misalnya air itu sendiri.

Sekarang bagaimana ini berlaku untuk klorofil dalam fotosintesis oksigenik?

Struktur atom suatu molekul menentukan spektrum absorbansi, oleh karena itu warnanya. Absorbansi paling tinggi dimana energi foton berhubungan dengan perbedaan energi antara keadaan istirahat dan keadaan tereksitasi. Pada panjang gelombang lain absorbansi jauh lebih rendah, sehingga molekul akan tampak di mata kita condong ke arah warna-warna ini (atau bening / putih). Foton dengan energi yang tidak cukup untuk mencapai keadaan tereksitasi pertama tidak diserap sama sekali. Meskipun sulit untuk membuat pigmen yang sebenarnya 'hitam', jika Anda melihat larutan klorofil yang sangat pekat, akan tampak hitam karena semua cahaya diserap, sehingga absorbansi relatif dari panjang gelombang yang berbeda diperdebatkan.

Spektrum absorbansi suatu molekul dapat digeser ke atas dan ke bawah dengan menyesuaikan energi keadaan tereksitasi dengan, misalnya, modifikasi kecil pada molekul atau lingkungan kimianya. Memang, spektrum absorbansi klorofil bebas dalam larutan berbeda dengan klorofil yang terikat pada kompleks protein fotosintetik. Kebetulan pigmen ini, klorofil, dapat diatur sedemikian rupa sehingga absorbansi turun di daerah yang diinginkan. Untuk menutupi wilayah tersebut, ia memiliki absorbansi yang lebih rendah di wilayah yang kita sebut hijau.

Agar bermanfaat secara fotosintesis, batas bawah energi keadaan tereksitasi suatu molekul ditentukan oleh reaksi yang dimilikinya. Menurunkan energi eksitasi ini akan memungkinkan lebih banyak foton (dengan panjang gelombang lebih panjang) untuk diserap tetapi mengurangi jumlah energi yang dapat disumbangkan setiap foton untuk reaksi. Kimia fotosintetik oksigenik adalah proses multi-elektron yang kompleks yang melibatkan stabilisasi sejumlah zat antara reaksi. Sebagian besar energi klorofil tereksitasi digunakan hanya untuk mendorong reaksi ke depan, daripada berkontribusi untuk mengatasi energi aktivasi oksidasi air itu sendiri. Rupanya, energi eksitasi yang sesuai dengan foton merah (680nm) adalah kompromi terbaik antara menangkap lebih banyak foton (menurunkan energi, bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang) dan memiliki energi yang cukup untuk digunakan untuk fotokimia berikutnya (meningkatkan energi, beralih ke panjang gelombang yang lebih pendek) .

Air penting sebagai reduktor ketersediaannya. Bakteri lain menggunakan reduktor lain dan sebagai hasilnya dapat menggunakan pigmen dengan panjang gelombang lebih panjang. 'Celah' hijau bergeser serupa dan tampak merah. Namun, substrat ini jauh lebih sedikit tersedia.

Mengapa tidak menambahkan lebih banyak pigmen untuk menutupi bagian hijau dari spektrum? Menyerap lebih banyak foton biasanya tidak berguna untuk tumbuhan; mereka mendapatkan lebih banyak energi matahari daripada yang bisa mereka kelola. Biaya metabolisme untuk menambahkan lebih banyak pigmen untuk menghaluskan spektrum absorbansi total tidak sebanding dengan perolehan foton.

Catatan: benda hitam tidak selalu menyerap lebih banyak energi daripada benda berwarna, melainkan hanya menyerap semua panjang gelombang secara merata. Jika mereka menyerap dengan baik, mereka terlihat seperti vantablack; jika penyerapannya kurang baik, warnanya abu-abu lebih terang.