Charakterystyka pigmentów fotosyntetycznych i główne typy

The pigmenty fotosyntetyczne są to związki chemiczne, które pochłaniają i odbijają pewne długości fal światła widzialnego, co sprawia, że ​​wyglądają „kolorowe”. Różne rodzaje roślin, glonów i sinic mają pigmenty fotosyntetyczne, które pochłaniają różne długości fal i generują różne kolory, głównie zielony, żółty i czerwony.

Pigmenty te są niezbędne dla niektórych organizmów autotroficznych, takich jak rośliny, ponieważ pomagają im korzystać z szerokiego zakresu długości fal do produkcji żywności w fotosyntezie. Ponieważ każdy pigment reaguje tylko z niektórymi długościami fal, istnieją różne pigmenty, które pozwalają na uchwycenie większej ilości światła (fotonów).

Indeks

• 1 Charakterystyka
• 2 Rodzaje pigmentów fotosyntetycznych
  • 2.1 Chlorofile
  • 2.2 Karotenoidy
  • 2.3 Fikobiliny 
• 3 referencje

Funkcje

Jak stwierdzono powyżej, pigmenty fotosyntetyczne są pierwiastkami chemicznymi, które są odpowiedzialne za pochłanianie niezbędnego światła, aby można było wygenerować proces fotosyntezy. Dzięki fotosyntezie energia Słońca jest przekształcana w energię chemiczną i cukry.

Światło słoneczne składa się z różnych długości fal, które mają różne kolory i poziomy energii. W fotosyntezie nie wszystkie długości fal są używane jednakowo, dlatego istnieją różne rodzaje barwników fotosyntetycznych.

Organizmy fotosyntetyczne zawierają pigmenty, które absorbują tylko długości fal światła widzialnego i odbijają inne. Zestaw długości fali pochłonięty przez pigment to jego widmo absorpcji.

Pigment absorbuje pewne długości fal, a te, które nie absorbują, odbijają je; kolor jest po prostu światłem odbijanym przez pigmenty. Na przykład rośliny wyglądają na zielone, ponieważ zawierają wiele cząsteczek chlorofilu aib, które odbijają zielone światło.

Rodzaje pigmentów fotosyntetycznych

Pigmenty fotosyntetyczne można podzielić na trzy typy: chlorofile, karotenoidy i fikobiliny.

Chlorofile

Chlorofile są zielonymi fotosyntetycznymi pigmentami, które zawierają w swojej strukturze pierścień porfirynowy. Są to stabilne cząsteczki w kształcie pierścienia, wokół których elektrony mogą swobodnie migrować.

Ponieważ elektrony poruszają się swobodnie, pierścień może łatwo zyskać lub utracić elektrony, a zatem ma potencjał dostarczania elektronów pod napięciem do innych cząsteczek. Jest to podstawowy proces, w którym chlorofil „wychwytuje” energię światła słonecznego.

Rodzaje chlorofilów

Istnieje kilka rodzajów chlorofilu: a, b, c, d oraz e. Spośród nich tylko dwa znajdują się w chloroplastach roślin wyższych: chlorofilu a i chlorofilu b. Najważniejszy jest chlorofil „a”, ponieważ występuje w roślinach, algach i cyjanobakteriach fotosyntetycznych.

Chlorofil „a” umożliwia fotosyntezę, ponieważ przenosi aktywowane elektrony do innych cząsteczek, które wytwarzają cukry.

Drugim rodzajem chlorofilu jest chlorofil „b”, który występuje tylko w tak zwanych zielonych algach i roślinach. Z drugiej strony chlorofil „c” występuje tylko w fotosyntetycznych członkach grupy chromistów, jak w dinoflagellatach.

Różnice między chlorofilami tych głównych grup były jednym z pierwszych oznak, że nie były tak blisko spokrewnione, jak wcześniej sądzono.

Ilość chlorofilu „b” wynosi około jednej czwartej całkowitej zawartości chlorofilu. Ze swej strony chlorofil „a” występuje we wszystkich roślinach fotosyntetycznych, dlatego nazywa się go uniwersalnym pigmentem fotosyntetycznym. Nazywają to także podstawowym pigmentem fotosyntetycznym, ponieważ wykonuje on pierwotną reakcję fotosyntezy.

Spośród wszystkich pigmentów biorących udział w fotosyntezie chlorofil odgrywa zasadniczą rolę. Z tego powodu pozostałe pigmenty fotosyntetyczne są znane jako pigmenty pomocnicze.

Zastosowanie dodatkowych pigmentów pozwala na absorpcję szerszego zakresu długości fal, a zatem wychwytuje więcej energii ze światła słonecznego.

Karotenoidy

Karotenoidy to kolejna ważna grupa pigmentów fotosyntetycznych. Pochłaniają one fioletowe i niebiesko-zielone światło.

Karotenoidy zapewniają jasne kolory obecne w owocach; na przykład, pomidorowa czerwień jest spowodowana obecnością likopenu, żółta ziarenka kukurydzy jest spowodowana przez zeaksantynę, a pomarańczowa skórka pomarańczowa jest spowodowana β-karotenem.

Wszystkie te karotenoidy są ważne, aby przyciągnąć zwierzęta i promować rozprzestrzenianie się nasion rośliny.

Podobnie jak wszystkie pigmenty fotosyntetyczne, karotenoidy pomagają wychwycić światło, ale także odgrywają inną ważną rolę: usuwają nadmiar energii ze Słońca.

Tak więc, jeśli liść otrzymuje dużą ilość energii i energia ta nie jest wykorzystywana, ten nadmiar może uszkodzić fotosyntetyczne złożone kompleksy. Karotenoidy biorą udział w absorpcji nadmiaru energii i pomagają rozpraszać ją w postaci ciepła.

Karotenoidy są zazwyczaj czerwonymi, pomarańczowymi lub żółtymi pigmentami i zawierają dobrze znany związek karotenowy, który nadaje kolor marchewce. Związki te są tworzone przez dwa małe pierścienie sześciu atomów węgla połączone „łańcuchem” atomów węgla.

W wyniku ich struktury molekularnej nie rozpuszczają się w wodzie, ale wiążą się z błonami wewnątrz komórki.

Karotenoidy nie mogą bezpośrednio wykorzystywać energii światła do fotosyntezy, ale muszą przenosić energię zaabsorbowaną do chlorofilu. Z tego powodu są one uważane za pigmenty pomocnicze. Innym przykładem bardzo widocznego pigmentu pomocniczego jest fukoksantyna, która nadaje brązowy kolor wodorostom i okrzemkom.

Karotenoidy można podzielić na dwie grupy: karotenoidy i ksantofile.

Karoteny

Karoteny są związkami organicznymi szeroko rozpowszechnionymi jako pigmenty w roślinach i zwierzętach. Jego ogólna formuła to C40H56 i nie zawiera tlenu. Te pigmenty są nienasyconymi węglowodorami; to znaczy, że mają wiele podwójnych wiązań i należą do serii izoprenoidów.

W roślinach karoteny nadają kwiatom żółty, pomarańczowy lub czerwony kolor (nagietek), owoce (dynia) i korzenie (marchew). U zwierząt są one widoczne w tłuszczach (masło), żółtkach jaj, piórach (kanarek) i muszlach (homar).

Najczęstszym karotenem jest β-karoten, który jest prekursorem witaminy A i jest uważany za bardzo ważny dla zwierząt.

Ksantofile

Ksantofile są żółtymi pigmentami, których struktura molekularna jest podobna do karotenoidów, ale z tą różnicą, że zawierają atomy tlenu. Niektóre przykłady to: C40H56O (kryptoksantyna), C40H56O2 (luteina, zeaksantyna) i C40H56O6, który jest charakterystycznym fukoksantyną brązowych alg wspomnianych powyżej.

Ogólnie, karotenoidy mają bardziej pomarańczowy kolor niż ksantofile. Zarówno karotenoidy, jak i ksantofile są rozpuszczalne między innymi w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak chloroform, eter etylowy. Karoteny są bardziej rozpuszczalne w dwusiarczku węgla w porównaniu z ksantofilami.

Funkcje karotenoidów

- Karotenoidy działają jako pigmenty pomocnicze. Absorbuj energię promieniowania w środkowym obszarze widma widzialnego i przenieś ją do chlorofilu.

- Chronią chloroplasty przed tlenem wytwarzanym i uwalnianym podczas fotolizy wody. Karotenoidy zbierają ten tlen przez ich podwójne wiązania i zmieniają swoją strukturę molekularną do stanu niższej energii (nieszkodliwej).

- Stan wzbudzony chlorofilu reaguje z tlenem cząsteczkowym, tworząc wysoce szkodliwy stan tlenu zwany tlenem singletowym. Karotenoidy zapobiegają temu, wyłączając stan wzbudzenia chlorofilu.

- Trzy ksantofile (skrzyoksantyna, antheroksantyna i zeaksantyna) uczestniczą w rozpraszaniu nadmiaru energii, zamieniając ją w ciepło.

- Ze względu na kolor karotenoidy sprawiają, że kwiaty i owoce są widoczne dla zapylania i rozpraszania przez zwierzęta.

Fikobiliny 

Fikobiliny są pigmentami rozpuszczalnymi w wodzie, a zatem znajdują się w cytoplazmie lub zrębie chloroplastu. Występują tylko w sinicach i algach czerwonych (Rhodophyta).

Fikobiliny są ważne nie tylko dla organizmów, które wykorzystują je do pochłaniania energii światła, ale są również wykorzystywane jako narzędzia badawcze.

Wystawione na działanie silnych związków świetlnych, takich jak pikocyjanina i fikoerytryna, pochłaniają energię światła i uwalniają ją, emitując fluorescencję w bardzo wąskim zakresie długości fal.

Światło wytwarzane przez tę fluorescencję jest tak charakterystyczne i niezawodne, że fikobiliny można stosować jako „etykiety” chemiczne. Techniki te są szeroko stosowane w badaniach nad rakiem w celu „oznaczania” komórek nowotworowych.

Referencje

1. Bianchi, T. i Canuel, E. (2011). Chemiczne biomarkery w ekosystemach wodnych (Pierwsze wydanie). Princeton University Press.
2. Evert, R. i Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8 wyd.). W. H. Freeman i Company Publishers.
3. Goldberg, D. (2010). Biologia AP Barrona (3 ed.). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fizykochemiczna i środowiskowa fizjologia roślin (4 ed.). Elsevier Inc.
5. Pigmenty fotosyntetyczne. Źródło: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Pierwotne procesy fotosyntezy: zasady i aparatura (IL wyd.) Publikacja RSC.
7. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologia (7 wyd.) Cengage Learning.