FOTOSINTETIČNI PIGMENTI: ZNAČILNOSTI IN GLAVNE VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

V fotosintetskih pigmentov so kemične spojine, ki absorbirajo in odražajo določene valovne dolžine vidne svetlobe, zaradi česar jim zdi, "pisano". Različne vrste rastlin, alg in cianobakterij imajo fotosintetske pigmente, ki absorbirajo na različnih valovnih dolžinah in ustvarjajo različne barve, predvsem zelene, rumene in rdeče.

Ti pigmenti so potrebni za nekatere avtotrofne organizme, kot so rastline, saj jim pomagajo izkoristiti širok razpon valovnih dolžin, da proizvedejo svojo hrano v fotosintezi. Ker vsak pigment reagira le z nekaj valovnih dolžin, obstajajo različni pigmenti, ki omogočajo zajem več svetlobe (fotoni).

značilnosti

Kot smo že omenili, so fotosintetski pigmenti kemični elementi, ki so odgovorni za absorpcijo svetlobe, ki je potrebna za postopek fotosinteze. S fotosintezo se energija sonca pretvori v kemično energijo in sladkorje.

Sončno svetlobo sestavljajo različne valovne dolžine, ki imajo različne barve in energijsko raven. Pri fotosintezi se ne uporabljajo enake valovne dolžine enako, zato obstajajo različne vrste fotosintetskih pigmentov.

Fotosintetski organizmi vsebujejo pigmente, ki absorbirajo samo valovne dolžine vidne svetlobe in odbijajo druge. Nabor valovnih dolžin, ki jih absorbira pigment, je njegov absorpcijski spekter.

Pigment absorbira določene valovne dolžine, tiste, ki jih ne absorbira, pa se odražajo; barva je preprosto svetloba, ki jo odsevajo pigmenti. Na primer, rastline so videti zelene, ker vsebujejo veliko molekul klorofila a in b, ki odsevata zeleno svetlobo.

Vrste fotosintetskih pigmentov

Fotosintetske pigmente lahko razdelimo na tri vrste: klorofili, karotenoidi in fikobilini.

Klorofili

Klorofili so zeleni fotosintetski pigmenti, ki v svoji strukturi vsebujejo porfirinski obroč. So stabilne molekule v obliki obroča, okoli katerih se lahko migrajo elektroni.

Ker se elektroni prosto gibljejo, ima obroč potencial, da zlahka pridobi ali izgubi elektrone in ima zato možnost, da napaja elektrone z drugimi molekulami. To je temeljni postopek, s katerim klorofil "zajame" energijo iz sončne svetlobe.

Vrste klorofilov

Obstaja več vrst klorofila: a, b, c, d in e. Od teh sta v kloroplastih višjih rastlin le dva: klorofil a in klorofil b. Najpomembnejši je klorofil "a", saj je prisoten v rastlinah, algah in fotosintetskih cianobakterijah.

Klorofil "a" omogoča fotosintezo s prenosom njegovih aktiviranih elektronov na druge molekule, ki bodo ustvarile sladkorje.

Druga vrsta klorofila je klorofil "b", ki ga najdemo le v tako imenovanih zelenih algah in rastlinah. Klorofil "c" najdemo le v fotosintetskih članih kromistične skupine, kot so dinoflagelati.

Razlike med klorofili v teh glavnih skupinah so bile eden prvih znakov, da niso bili tako tesno povezani, kot se je prej mislilo.

Količina klorofila "b" je približno četrtina celotne vsebnosti klorofila. Klorofil "a" najdemo v vseh fotosintetskih rastlinah, zato ga imenujemo univerzalni fotosintetski pigment. Imenujejo ga tudi primarni fotosintetski pigment, ker izvaja primarno reakcijo fotosinteze.

Od vseh pigmentov, ki sodelujejo pri fotosintezi, ima klorofil temeljno vlogo. Zaradi tega so ostali fotosintetski pigmenti znani kot dodatni pigmenti.

Uporaba dodatnih pigmentov mu omogoča, da absorbira širši razpon valovnih dolžin in zato zajame več energije od sončne svetlobe.

Karotenoidi

Karotenoidi so še ena pomembna skupina fotosintetskih pigmentov. Te absorbirajo vijolično in modro-zeleno svetlobo.

Karotenoidi zagotavljajo svetle barve, ki jih sadje predstavlja; Na primer, rdeča pri paradižniku nastane zaradi prisotnosti likopena, rumeno v koruznih semenih povzroča zeaksantin, oranžna v oranžnih lupinah pa zaradi β-karotena.

Vsi ti karotenoidi so pomembni pri privabljanju živali in pospeševanju širjenja semen rastline.

Kot vsi fotosintetski pigmenti tudi karotenoidi pomagajo pri zajemu svetlobe, vendar imajo tudi drugo pomembno funkcijo: odstranjevanje odvečne energije iz Sonca.

Če torej list dobi veliko količino energije in te energije ne porablja, lahko ta presežek poškoduje molekule fotosintetskega kompleksa. Karotenoidi sodelujejo pri absorpciji odvečne energije in pomagajo, da jo razpršimo kot toploto.

Karotenoidi so običajno rdeči, oranžni ali rumeni pigmenti in vključujejo dobro znani sestavljeni karoten, ki daje korenčku njihovo barvo. Te spojine sestavljajo dva majhna šest-ogljikova obroča, povezana z "verigo" ogljikovih atomov.

Zaradi svoje molekularne strukture se ne raztopijo v vodi, temveč se vežejo na membrane znotraj celice.

Karotenoidi ne morejo neposredno porabiti energije svetlobe za fotosintezo, ampak morajo absorbirano energijo prenesti klorofilu. Zaradi tega veljajo za dodatne pigmente. Drugi primer zelo vidnega pomožnega pigmenta je fukoksantin, ki daje morskim algam in diatomu njihovo rjavo barvo.

Karotenoide lahko razvrstimo v dve skupini: karoteni in ksantofili.

Karoteni

Karoteni so organske spojine, ki so široko razporejene kot pigmenti v rastlinah in živalih. Njihova splošna formula je C40H56 in ne vsebujejo kisika. Ti pigmenti so nenasičeni ogljikovodiki; to pomeni, da imajo veliko dvojnih vezi in spadajo v vrsto izoprenoidov.

Karoteni v rastlinah dajejo cvetove (kalendula), sadje (buča) in korenine (korenček) rumeno, oranžno ali rdečo barvo. Pri živalih so vidne v maščobah (maslo), rumenjakih, perju (kanarček) in školjkah (jastog).

Najpogostejši karoten je β-karoten, ki je predhodnik vitamina A in za živali velja za zelo pomembnega.

Ksantofili

Ksantofili so rumeni pigmenti, katerih molekularna struktura je podobna karotenom, vendar s to razliko, da vsebujejo atome kisika. Nekaj ​​primerov je: C40H56O (kriptoksantin), C40H56O2 (lutein, zeaksantin) in C40H56O6, kar je značilni fukoksantin zgoraj omenjenih rjavih alg.

Karoteni so na splošno bolj oranžne barve kot ksantofili. Karoteni in ksantofili so med drugim topni v organskih topilih, kot so kloroform, etil eter. Karoteni so bolj topni v ogljikovem sulfidu v primerjavi s ksantofili.

Funkcije karotenoidov

- Karotenoidi delujejo kot dodatni pigmenti. V srednjem območju vidnega spektra absorbirajo sevalno energijo in jo prenašajo na klorofil.

- Sestavni deli kloroplasta ščitijo pred ustvarjenim kisikom in sproščanjem med fotolizo vode. Karotenoidi pobirajo ta kisik skozi svoje dvojne vezi in spremenijo molekulsko strukturo v nižje energijsko (neškodljivo) stanje.

- Vzbujeno stanje klorofila reagira z molekularnim kisikom in tvori močno škodljivo kisikovo stanje, imenovano singletni kisik. Karotenoidi to preprečujejo tako, da izklopijo vzburjeno stanje klorofila.

- Tri ksantofili (violoksantin, antheroksantin in zeaksantin) sodelujejo pri odvajanju odvečne energije s pretvorbo v toploto.

- Karotenoidi zaradi svoje barve naredijo cvetove in plodove vidne za opraševanje in razprševanje po živalih.

Fikobilini

Fikobilini so vodotopni pigmenti, zato jih najdemo v citoplazmi ali stromi kloroplasta. Pojavijo se le v cianobakterijah in rdečih algah (Rhodophyta).

Fikobilini niso pomembni samo za organizme, ki jih uporabljajo za absorpcijo energije iz svetlobe, ampak se uporabljajo tudi kot raziskovalno orodje.

Kadar so spojine, kot sta pikocianin in fikoeritrin, izpostavljene močni svetlobi, absorbirajo energijo svetlobe in jo sprostijo tako, da oddajajo fluorescenco v zelo ozkem območju valovnih dolžin.

Svetloba, ki jo ustvarja ta fluorescenca, je tako izrazita in zanesljiva, da se fikobilini lahko uporabljajo kot kemične "oznake". Te tehnike se pogosto uporabljajo v raziskavah raka za "označevanje" tumorskih celic.

Reference

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Kemični biomarkerji v vodnih ekosistemih (1. izdaja). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plant (8. izd.). WH Freeman in Company založniki.
3. Goldberg, D. (2010). Barronova AP Biologija (3. izd.). Barronova izobraževalna serija, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fizikalno-fizikalna in okoljska fiziologija rastlin (4. ur.). Elsevier Inc.
5. Fotosintetični pigmenti. Pridobljeno: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primarni procesi fotosinteze: načela in aparati (IL Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.