Značilnosti fotosintetskih pigmentov in glavne vrste



The fotosintezni pigmenti so kemične spojine, ki absorbirajo in odsevajo določene valovne dolžine vidne svetlobe, zaradi česar so videti "pisane". Različne vrste rastlin, alg in cianobakterij imajo fotosintetične pigmente, ki absorbirajo pri različnih valovnih dolžinah in ustvarjajo različne barve, predvsem zelene, rumene in rdeče..

Ti pigmenti so potrebni za nekatere avtotrofne organizme, kot so rastline, ker jim pomagajo izkoristiti širok spekter valovnih dolžin za proizvodnjo hrane v fotosintezi. Ker vsak pigment reagira le z nekaj valovnimi dolžinami, obstajajo različni pigmenti, ki omogočajo zajemanje večje količine svetlobe (fotonov)..

Indeks

  • 1 Značilnosti
  • 2 Vrste fotosintetičnih pigmentov
    • 2.1 Klorofili
    • 2.2 Karotenoidi
    • 2.3 Phycobilins 
  • 3 Reference

Funkcije

Kot je navedeno zgoraj, so fotosintetični pigmenti kemijski elementi, ki so odgovorni za absorpcijo potrebne svetlobe, tako da lahko nastane proces fotosinteze. Skozi fotosintezo se sončna energija pretvori v kemično energijo in sladkorje.

Sončna svetloba je sestavljena iz različnih valovnih dolžin, ki imajo različne barve in raven energije. V fotosintezi niso vse valovne dolžine enako uporabljene, zato obstajajo različne vrste fotosintetičnih pigmentov..

Fotosintetični organizmi vsebujejo pigmente, ki absorbirajo samo valovne dolžine vidne svetlobe in odsevajo druge. Niz valovnih dolžin, ki jih absorbira pigment, je njegov absorpcijski spekter.

Pigment absorbira določene valovne dolžine in tiste, ki ne absorbirajo, jih odseva; barva je preprosto svetloba, ki se odbija od pigmentov. Na primer, rastline izgledajo zelene, ker vsebujejo veliko molekul klorofila a in b, ki odražajo zeleno svetlobo.

Vrste fotosintetičnih pigmentov

Fotosintetične pigmente lahko razdelimo v tri vrste: klorofili, karotenoidi in fikobilini.

Klorofili

Klorofili so zeleni fotosintezni pigmenti, ki vsebujejo porfirinski obroč v njihovi strukturi. So stabilne, obročaste molekule, okoli katerih se lahko elektroni selijo.

Ker se elektroni prosto gibljejo, lahko prstan zlahka pridobi ali izgubi elektrone in ima zato potencial, da zagotovi energijo drugim molekulam. To je temeljni proces, s katerim klorofil "zajame" energijo sončne svetlobe.

Vrste klorofilov

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

Klorofil "a" omogoča fotosintezo, ker prenese svoje aktivirane elektrone na druge molekule, ki bodo tvorile sladkorje.

Druga vrsta klorofila je klorofil "b", ki ga najdemo le v tako imenovanih zelenih algah in rastlinah. Po drugi strani pa se klorofil "c" nahaja samo v fotosintetičnih članih kromistične skupine, kot v dinoflagelatih..

Razlike med klorofili teh glavnih skupin so bile eden od prvih znakov, da niso bile tako tesno povezane, kot se je prej mislilo.

Količina klorofila "b" je približno četrtina celotne vsebnosti klorofila. Klorofil "a" se nahaja v vseh fotosintetskih rastlinah, zato ga imenujemo univerzalni fotosintetični pigment. Prav tako ga imenujejo primarni fotosintetični pigment, ker izvaja primarno reakcijo fotosinteze.

Od vseh pigmentov, ki sodelujejo pri fotosintezi, klorofil igra temeljno vlogo. Zato so ostali fotosintezni pigmenti znani kot dodatni pigmenti.

Uporaba dodatnih pigmentov omogoča absorpcijo širšega obsega valovnih dolžin in zato zajema več energije iz sončne svetlobe.

Karotenoidi

Karotenoidi so še ena pomembna skupina fotosintetičnih pigmentov. Te absorbirajo vijolično in modro-zeleno luč.

Karotenoidi zagotavljajo svetle barve, ki so prisotne; na primer, rdeč paradižnik je posledica prisotnosti likopena, rumeno od semena koruze je zeaksantin, oranžna pomarančna lupina pa je posledica β-karotena.

Vsi ti karotenoidi so pomembni za privabljanje živali in pospeševanje širjenja semena rastline.

Kot vsi fotosintetični pigmenti karotenoidi pomagajo ujeti svetlobo, prav tako igrajo še eno pomembno vlogo: odstranite odvečno energijo iz Sonca.

Če list prejme veliko energije in se ta energija ne uporablja, lahko ta presežek poškoduje fotosintezne kompleksne molekule. Karotenoidi sodelujejo pri absorpciji odvečne energije in pomagajo pri razprševanju v obliki toplote.

Karotenoidi so ponavadi rdeči, oranžni ali rumeni pigmenti in vključujejo dobro znano karotensko spojino, ki daje korenčku barvo. Te spojine tvorijo dva majhna obročka šestih ogljikov, povezanih z "verigo" ogljikovih atomov.

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

Karotenoidi ne morejo neposredno uporabiti energije svetlobe za fotosintezo, ampak morajo prenesti absorbirano energijo v klorofil. Zato se štejejo za dodatne pigmente. Drug primer zelo vidnega dodatnega pigmenta je fukoksantin, ki daje morske alge in diatomeje rjave barve.

Karotenoide lahko razvrstimo v dve skupini: karotenoide in ksantofile.

Carotenes

Karoteni so organske spojine, ki so široko porazdeljene kot pigmenti v rastlinah in živalih. Njegova splošna formula je C40H56 in ne vsebuje kisika. Ti pigmenti so nenasičeni ogljikovodiki; to pomeni, da imajo veliko dvojnih vezi in pripadajo izoprenoidni seriji.

Pri rastlinah karoteni dajo rumene, oranžne ali rdeče barve cvetovi (ognjiča), sadje (buče) in korenine (korenček). Pri živalih so vidne v maščobah (maslu), jajčnih rumenjakih, perju (kanarčki) in školjkah (jastog)..

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

Ksantofili

Ksantofili so rumeni pigmenti, katerih molekularna struktura je podobna kot pri karotenoidih, vendar z razliko, da vsebujejo kisikove atome. Nekateri primeri so: C40H56O (kriptoksantin), C40H56O2 (lutein, zeaksantin) in C40H56O6, ki je značilen fukoksantin rjave alge..

Na splošno imajo karotenoidi bolj oranžno barvo kot ksantofili. Tako karotenoidi kot ksantofili so med drugim topni v organskih topilih, kot je kloroform, etil eter. Karoteni so bolj topni v ogljikovem disulfidu v primerjavi s ksantofili.

Funkcije karotenoidov

- Karotenoidi delujejo kot dodatni pigmenti. Absorbirajte sevalno energijo v srednjem delu vidnega spektra in jo prenesite v klorofil.

- Komponente kloroplasta ščitijo pred kisikom, ki nastane pri sproščanju vode. Karotenoidi zberejo ta kisik preko dvojnih vezi in spremenijo svojo molekularno strukturo v stanje nižje energije (neškodljivo)..

- Razburjeno stanje klorofila reagira z molekulskim kisikom in tvori zelo škodljivo kisikovo stanje, imenovano singletni kisik. Karotenoidi to preprečujejo z izklopom stanja vzbujanja klorofila.

- Trije ksantofili (violoksantin, anteroksantin in zeaksantin) sodelujejo pri odvajanju presežne energije s pretvorbo v toploto.

- Zaradi svoje barve karotenoidi ustvarjajo vidne cvetove in plodove za opraševanje in razprševanje živali.

Phycobilins 

Fikobilini so pigmenti topni v vodi in se zato nahajajo v citoplazmi ali stromi kloroplasta. Pojavljajo se le v cianobakterijah in rdečih algah (Rhodophyta).

Phycobilini niso pomembni le za organizme, ki jih uporabljajo za absorpcijo energije svetlobe, ampak se uporabljajo tudi kot raziskovalna orodja..

Kadar so izpostavljeni intenzivnim svetlobnim spojinam, kot so pikocianin in fikoeritrin, absorbirajo energijo svetlobe in jo sproščajo, oddajajo fluorescenco v zelo ozkem območju valovnih dolžin..

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

Reference

  1. Bianchi, T. in Canuel, E. (2011). Kemični biomarkerji v vodnih ekosistemih (1. izd.). Princeton University Press.
  2. Evert, R. in Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plant (8. izd.). W. H. Freeman in založniki podjetja.
  3. Goldberg, D. (2010). Barronova AP biologija (3. izd.). Barron's Educational Series, Inc.
  4. Nobel, D. (2009). Fizikalno-kemijska in okoljska fiziologija rastlin (4. izd.). Elsevier Inc.
  5. Fotosintetični pigmenti. Vzpostavljeno iz: ucmp.berkeley.edu
  6. Renger, G. (2008). Primarni procesi fotosinteze: načela in aparati (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Solomon, E., Berg, L. in Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.