FOTOSYNTETISKE PIGMENTER: EGENSKABER OG HOVEDTYPER - BIOLOGI - 2025

De fotosyntetiske pigmenter er kemiske forbindelser, der absorberer og reflekterer visse bølgelængder af synligt lys, hvilket får dem til at virke "farverige". Forskellige typer planter, alger og cyanobakterier har fotosyntetiske pigmenter, der optager ved forskellige bølgelængder og genererer forskellige farver, hovedsageligt grøn, gul og rød.

Disse pigmenter er nødvendige for nogle autotrofiske organismer, såsom planter, fordi de hjælper dem med at drage fordel af en lang række bølgelængder til at fremstille deres mad i fotosyntesen. Da hvert pigment kun reagerer med nogle bølgelængder, er der forskellige pigmenter, der gør det muligt at fange mere lys (fotoner).

egenskaber

Som tidligere nævnt er fotosyntetiske pigmenter kemiske elementer, der er ansvarlige for at absorbere det lys, der er nødvendigt for, at fotosynteseprocessen skal finde sted. Gennem fotosyntesen omdannes energien fra solen til kemisk energi og sukker.

Sollys består af forskellige bølgelængder, der har forskellige farver og energiniveau. Ikke alle bølgelængder bruges ens i fotosyntesen, hvorfor der er forskellige typer fotosyntetiske pigmenter.

Fotosyntetiske organismer indeholder pigmenter, der kun absorberer bølgelængderne i synligt lys og reflekterer andre. Sættet med bølgelængder, der absorberes af et pigment, er dets absorptionsspektrum.

Et pigment absorberer visse bølgelængder, og de, som det ikke absorberer, reflekteres; farven er simpelthen det lys, der reflekteres af pigmenterne. For eksempel ser planter grøn ud, fordi de indeholder mange chlorofyllmolekyler a og b, som reflekterer grønt lys.

Typer af fotosyntetiske pigmenter

Fotosyntetiske pigmenter kan opdeles i tre typer: klorofyler, carotenoider og phycobiliner.

Chlorophyll

Chlorofyler er grønne fotosyntetiske pigmenter, der indeholder en porphyrinring i deres struktur. Det er stabile ringformede molekyler, omkring hvilke elektroner frit kan migrere.

Fordi elektroner bevæger sig frit, har ringen potentialet til at få eller miste elektroner let og derfor har potentialet til at levere energiserede elektroner til andre molekyler. Dette er den grundlæggende proces, hvorved klorofyl "indfanger" energi fra sollys.

Typer af klorofyler

Der er flere typer af klorofyl: a, b, c, d og e. Af disse findes kun to i kloroplasterne fra højere planter: klorofyl a og klorofyll b. Den vigtigste er klorofyl "a", da den er til stede i planter, alger og fotosyntetiske cyanobakterier.

Chlorophyll "a" gør fotosyntesen mulig ved at overføre dens aktiverede elektroner til andre molekyler, der vil gøre sukkerarter.

En anden type klorofyl er klorofyll "b", som kun findes i såkaldte grønalger og planter. Chlorofyl "c" findes på sin side kun i de fotosyntetiske medlemmer af chromista-gruppen, såsom dinoflagellater.

Forskellene mellem klorofylerne i disse hovedgrupper var et af de første tegn på, at de ikke var så tæt beslægtede som tidligere antaget.

Mængden af ​​chlorophyll "b" er ca. en fjerdedel af det samlede chlorophyllindhold. På sin side findes klorofyl "a" i alle fotosyntetiske planter, hvorfor det kaldes universel fotosyntetisk pigment. Det kaldes også et primært fotosyntetisk pigment, fordi det udfører den primære reaktion af fotosyntesen.

Af alle pigmenter, der deltager i fotosyntesen, spiller klorofyll en grundlæggende rolle. Af denne grund er resten af ​​de fotosyntetiske pigmenter kendt som tilbehørspigmenter.

Brug af tilbehørspigmenter tillader det at absorbere et bredere interval af bølgelængder og derfor fange mere energi fra sollys.

carotenoider

Carotenoider er en anden vigtig gruppe af fotosyntetiske pigmenter. Disse absorberer violet og blågrønt lys.

Carotenoider giver de lyse farver, som frugterne præsenterer; For eksempel skyldes det røde i tomater tilstedeværelsen af ​​lycopen, det gule i majsfrø er forårsaget af zeaxanthin, og appelsinen i orange skræl skyldes ß-caroten.

Alle disse carotenoider er vigtige for at tiltrække dyr og fremme spredning af plantens frø.

Som alle fotosyntetiske pigmenter hjælper carotenoider med at fange lys, men de tjener også en anden vigtig funktion: eliminering af overskydende energi fra solen.

Således, hvis et blad modtager en stor mængde energi, og denne energi ikke bruges, kan dette overskud beskadige molekylerne i det fotosyntetiske kompleks. Carotenoider er involveret i at absorbere overskydende energi og hjælpe med at sprede den som varme.

Carotenoider er generelt røde, orange eller gule pigmenter og inkluderer den velkendte sammensatte caroten, der giver gulerødder deres farve. Disse forbindelser består af to små seks-carbon-ringe forbundet med en "kæde" af carbonatomer.

Som et resultat af deres molekylstruktur opløses de ikke i vand, men binder i stedet til membraner i cellen.

Carotenoider kan ikke direkte bruge energien til lys til fotosyntesen, men skal overføre den absorberede energi til klorofylen. Af denne grund betragtes de som tilbehørspigmenter. Et andet eksempel på et meget synligt tilbehørspigment er fucoxanthin, der giver marine alger og kiselarter deres brune farve.

Carotenoider kan klassificeres i to grupper: carotener og xanthophylls.

carotener

Carotener er organiske forbindelser, der er vidt distribueret som pigmenter i planter og dyr. Deres generelle formel er C40H56, og de indeholder ikke ilt. Disse pigmenter er umættede carbonhydrider; de har mange dobbeltbindinger og hører til isoprenoid-serien.

I planter giver karotener gule, orange eller røde farver til blomster (calendula), frugter (græskar) og rødder (gulerod). Hos dyr er de synlige i fedt (smør), æggeblommer, fjer (kanariefugl) og skaller (hummer).

Den mest almindelige caroten er ß-caroten, som er forløberen for vitamin A og betragtes som meget vigtig for dyr.

xanthophyller

Xanthophylls er gule pigmenter, hvis molekylstruktur svarer til karotener, men med den forskel, at de indeholder oxygenatomer. Nogle eksempler er: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) og C40H56O6, som er den karakteristiske fucoxanthin af brunalger nævnt ovenfor.

Carotener har generelt mere orange farve end xanthophylls. Både carotener og xanthophyller er opløselige i organiske opløsningsmidler, såsom chloroform, ethylether. Carotener er mere opløselige i carbondisulfid sammenlignet med xanthophylls.

Funktioner af carotenoider

- Carotenoider fungerer som tilbehørspigmenter. De absorberer strålingsenergi i det midterste område af det synlige spektrum og overfører det til klorofyll.

- De beskytter chloroplastkomponenterne mod det ilt, der frembringes og frigøres under fotolysen af ​​vand. Carotenoider opsamler dette ilt gennem deres dobbeltbindinger og ændrer deres molekylstruktur til en lavere energi (ufarlig) tilstand.

- Den ophidsede tilstand af klorofyl reagerer med molekylært ilt og danner en meget skadelig ilttilstand kaldet singlet oxygen. Carotenoider forhindrer dette ved at slukke for den ophidsede tilstand af klorofyl.

- Tre xanthophylls (violoxanthin, antheroxanthin og zeaxanthin) deltager i spredningen af ​​overskydende energi ved at omdanne den til varme.

- På grund af deres farve gør karotenoider blomster og frugter synlige til bestøvning og spredning af dyr.

phycobiliner

Phycobiliner er vandopløselige pigmenter og findes derfor i cytoplasma eller stroma i chloroplasten. De forekommer kun i cyanobakterier og rødalger (Rhodophyta).

Phycobilins er ikke kun vigtige for organismer, der bruger dem til at absorbere energi fra lys, men bruges også som forskningsværktøjer.

Når forbindelser som pycocyanin og phycoerythrin udsættes for intens lys, absorberer de lysets energi og frigiver det ved at udsende fluorescens i et meget smalt bølgelængdeområde.

Lyset, der produceres ved denne fluorescens, er så karakteristisk og pålideligt, at phycobilinerne kan bruges som kemiske "tags". Disse teknikker er vidt brugt i kræftforskning til at "tagge" tumorceller.

Referencer

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Kemiske biomarkører i vandlevende økosystemer (1. udg.). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8. udgave). WH Freeman og Company Publisher.
3. Goldberg, D. (2010). Barrons AP-biologi (3. udg.). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fysisk-kemisk og miljøplantefysiologi (4. udg.). Elsevier Inc.
5. Fotosyntetiske pigmenter. Gendannes fra: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primære fotosynteseprocesser: Principper og apparater (IL. Red.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. udg.) Cengage Learning.