FOTOSYNTETISKE PIGMENTER: EGENSKAPER OG HOVEDTYPER - BIOLOGI - 2025

De fotosyntetiske pigmentene er kjemiske forbindelser som absorberer og reflekterer visse bølgelengder av synlig lys, noe som får dem til å virke "fargerike". Ulike typer planter, alger og cyanobakterier har fotosyntetiske pigmenter, som absorberer på forskjellige bølgelengder og genererer forskjellige farger, hovedsakelig grønt, gult og rødt.

Disse pigmentene er nødvendige for noen autotrofiske organismer, for eksempel planter, fordi de hjelper dem å dra nytte av et bredt spekter av bølgelengder for å produsere maten i fotosyntesen. Ettersom hvert pigment bare reagerer med noen bølgelengder, er det forskjellige pigmenter som gjør det mulig å fange mer lys (fotoner).

kjennetegn

Som tidligere nevnt er fotosyntetiske pigmenter kjemiske elementer som er ansvarlige for å absorbere lyset som er nødvendig for at fotosynteseprosessen skal finne sted. Gjennom fotosyntesen omdannes energien fra solen til kjemisk energi og sukker.

Sollys består av forskjellige bølgelengder, som har forskjellige farger og energinivåer. Ikke alle bølgelengder brukes likt i fotosyntesen, og det er derfor det er forskjellige typer fotosyntetiske pigmenter.

Fotosyntetiske organismer inneholder pigmenter som bare tar opp bølgelengdene til synlig lys og reflekterer andre. Settet med bølgelengder absorbert av et pigment er dets absorpsjonsspekter.

Et pigment absorberer visse bølgelengder, og de som det ikke absorberer reflekteres; fargen er ganske enkelt lyset som reflekteres av pigmentene. For eksempel virker planter grønne fordi de inneholder mange klorofyllmolekyler a og b, som reflekterer grønt lys.

Typer fotosyntetiske pigmenter

Fotosyntetiske pigmenter kan deles inn i tre typer: klorofyller, karotenoider og phycobilins.

klorofyll

Klorofyll er grønne fotosyntetiske pigmenter som inneholder en porfyrinring i strukturen. De er stabile ringformede molekyler rundt hvilke elektronene kan migrere fritt.

Fordi elektroner beveger seg fritt, har ringen potensial til å få eller miste elektroner lett, og har derfor potensial til å gi energiserte elektroner til andre molekyler. Dette er den grunnleggende prosessen som klorofyll "fanger" energi fra sollys.

Typer klorofyll

Det er flere typer klorofyll: a, b, c, d og e. Av disse finnes bare to i kloroplastene fra høyere planter: klorofyll a og klorofyll b. Det viktigste er klorofyll "a", som det er til stede i planter, alger og fotosyntetiske cyanobakterier.

Klorofyll "a" gjør fotosyntesen mulig ved å overføre dens aktiverte elektroner til andre molekyler som vil gjøre sukker.

En andre type klorofyll er klorofyll "b", som bare finnes i såkalte grønne alger og planter. Klorofyll "c" finnes på sin side bare i de fotosyntetiske medlemmene av chromista-gruppen, for eksempel dinoflagellater.

Forskjellene mellom klorofyllene i disse hovedgruppene var et av de første tegnene på at de ikke var så nært beslektet som tidligere antatt.

Mengden klorofyll "b" er omtrent en fjerdedel av det totale klorofyllinnholdet. På sin side er klorofyll "a" funnet i alle fotosyntetiske planter, og det er derfor det kalles universal fotosyntetisk pigment. Det kalles også et primært fotosyntetisk pigment fordi det utfører den primære reaksjonen med fotosyntesen.

Av alle pigmentene som deltar i fotosyntesen, spiller klorofyll en grunnleggende rolle. Av denne grunn er resten av de fotosyntetiske pigmentene kjent som tilbehørspigmenter.

Bruk av tilbehørspigmenter gjør det mulig å absorbere et bredere spekter av bølgelengder og derfor fanger opp mer energi fra sollys.

karotenoider

Karotenoider er en annen viktig gruppe av fotosyntetiske pigmenter. Disse absorberer fiolett og blågrønt lys.

Karotenoider gir de lyse fargene som frukt presenterer; For eksempel skyldes det røde i tomater tilstedeværelsen av lykopen, det gule i maisfrø er forårsaket av zeaxanthin, og appelsinen i appelsinskall skyldes β-karoten.

Alle disse karotenoidene er viktige for å tiltrekke dyr og fremme spredning av plantens frø.

Som alle fotosyntetiske pigmenter, hjelper karotenoider med å fange lys, men de tjener også en annen viktig funksjon: eliminering av overflødig energi fra solen.

Så hvis et blad mottar en stor mengde energi og denne energien ikke blir brukt, kan dette overskuddet skade molekylene i det fotosyntetiske komplekset. Karotenoider er involvert i å absorbere overflødig energi og bidra til å spre den som varme.

Karotenoider er generelt røde, oransje eller gule pigmenter, og inkluderer den velkjente sammensatte karoten, som gir gulrøtter deres farge. Disse forbindelsene består av to små seks karbonringer som er forbundet med en "kjede" av karbonatomer.

Som et resultat av molekylstrukturen deres, oppløses de ikke i vann, men binder seg i stedet til membraner i cellen.

Karotenoider kan ikke direkte bruke energien til lys til fotosyntese, men må overføre den absorberte energien til klorofyllen. Av denne grunn regnes de som tilbehørspigmenter. Et annet eksempel på et meget synlig tilbehørspigment er fucoxanthin, som gir marine alger og kiselalger deres brune farge.

Karotenoider kan klassifiseres i to grupper: karotener og xantofyll.

karotener

Karotener er organiske forbindelser som er vidt distribuert som pigmenter i planter og dyr. Den generelle formelen deres er C40H56, og de inneholder ikke oksygen. Disse pigmentene er umettede hydrokarboner; det vil si at de har mange dobbeltbindinger og tilhører isoprenoid-serien.

I planter gir karotener gule, oransje eller røde farger til blomster (calendula), frukt (gresskar) og røtter (gulrot). Hos dyr er de synlige i fett (smør), eggeplommer, fjær (kanari) og skjell (hummer).

Den vanligste karoten er β-karoten, som er forløperen til vitamin A og anses som veldig viktig for dyr.

xanthophylls

Xanthophylls er gule pigmenter hvis molekylstruktur er lik den for karotener, men med forskjellen at de inneholder oksygenatomer. Noen eksempler er: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) og C40H56O6, som er den karakteristiske fukoxanthin fra brunalger nevnt ovenfor.

Karotener er generelt mer oransje i fargen enn xantofyller. Både karotener og xantofyller er oppløselige i organiske løsningsmidler som kloroform, etyleter, blant andre. Karotener er mer løselige i karbondisulfid sammenlignet med xantofyll.

Funksjoner av karotenoider

- Karotenoider fungerer som tilbehørspigmenter. De tar opp strålingsenergi i midten av det synlige spekteret og overfører det til klorofyll.

- De beskytter kloroplastkomponentene mot oksygen som genereres og frigjøres under fotolysen av vann. Karotenoider tar opp dette oksygenet gjennom dobbeltbindingen og endrer molekylstrukturen til en lavere energi (ufarlig) tilstand.

- Den begeistrede tilstanden med klorofyll reagerer med molekylært oksygen og danner en svært skadelig oksygentilstand kalt singlet oksygen. Karotenoider forhindrer dette ved å slå av den eksiterte tilstanden til klorofyll.

- Tre xantofyller (violoxanthin, antheroxanthin og zeaxanthin) deltar i spredning av overflødig energi ved å omdanne det til varme.

- På grunn av fargen deres, gjør karotenoider blomster og frukt synlige for pollinering og spredning av dyr.

fykobiliner

Fykobiliner er vannoppløselige pigmenter og finnes derfor i cytoplasma eller stroma i kloroplasten. De forekommer bare i cyanobakterier og rød alger (Rhodophyta).

Fykobiliner er ikke bare viktige for organismer som bruker dem til å absorbere energi fra lys, men brukes også som forskningsverktøy.

Når forbindelser som pycocyanin og phycoerythrin blir utsatt for intenst lys, absorberer de lysets energi og frigjør det ved å avgi fluorescens i et veldig smalt bølgelengdeområde.

Lyset som produseres av denne fluorescensen er så særegent og pålitelig at phycobilins kan brukes som kjemiske "tags". Disse teknikkene er mye brukt i kreftforskning for å "merke" svulstceller.

referanser

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemical Biomarkers in Aquatic Ecosystems (1. utg.). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8. utg.). WH Freeman og Company Publisher.
3. Goldberg, D. (2010). Barrons AP Biologi (3. utg.). Barrons utdanningsserie, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fysisk-kjemisk og miljøplantefysiologi (4. utg.). Elsevier Inc.
5. Fotosyntetiske pigmenter. Gjenopprettet fra: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primære prosesser av fotosyntese: Prinsipper og apparater (IL. Red.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. utg.) Cengage Learning.