FOTOSINTETSKI PIGMENTI: KARAKTERISTIKE I GLAVNE VRSTE - BIOLOGIJA - 2025

U fotosintetski pigmenti su kemijski spojevi koji apsorbiraju i reflektiraju određene valne duljine vidljive svjetlosti, što čini ih pojaviti „šareni”. Različite vrste biljaka, alge i cijanobakterije imaju fotosintetske pigmente, koji apsorbiraju različite valne duljine i stvaraju različite boje, uglavnom zelenu, žutu i crvenu.

Ovi su pigmenti potrebni za neke autotrofne organizme, poput biljaka, jer im pomažu da iskoriste široki raspon valnih duljina za proizvodnju svoje hrane u fotosintezi. Kako svaki pigment reagira samo s nekim valnim duljinama, postoje različiti pigmenti koji omogućuju snimanje više svjetla (fotona).

karakteristike

Kao što je ranije spomenuto, fotosintetski pigmenti kemijski su elementi koji su odgovorni za apsorpciju svjetlosti koja je potrebna za proces fotosinteze. Kroz fotosintezu energija sa Sunca pretvara se u kemijsku energiju i šećere.

Sunčeva svjetlost sastoji se od različitih valnih duljina koje imaju različite boje i energetsku razinu. Nisu sve valne duljine jednako korištene u fotosintezi, zbog čega postoje različite vrste fotosintetskih pigmenata.

Fotosintetski organizmi sadrže pigmente koji apsorbiraju samo valne duljine vidljive svjetlosti i odbijaju druge. Skup valnih duljina koje apsorbira pigment je njegov apsorpcijski spektar.

Pigment apsorbira određene valne duljine, a one koje ne apsorbira reflektiraju se; boja je jednostavno svjetlost koju reflektiraju pigmenti. Na primjer, biljke izgledaju zeleno jer sadrže mnogo molekula klorofila a i b, koje odražavaju zeleno svjetlo.

Vrste fotosintetskih pigmenata

Fotosintetski pigmenti mogu se podijeliti u tri vrste: klorofili, karotenoidi i fikobilini.

klorofila

Klorofili su zeleni fotosintetski pigmenti koji u svojoj strukturi sadrže porfirinski prsten. Oni su stabilne molekule u obliku prstena, oko kojih se slobodni migriraju elektroni.

Budući da se elektroni slobodno kreću, prsten ima potencijal da lako dobije ili izgubi elektrone, i samim tim ima potencijal da opskrbljuje energijom druge molekule. Ovo je temeljni postupak kojim klorofil „uzima“ energiju od sunčeve svjetlosti.

Vrste klorofila

Postoji nekoliko vrsta klorofila: a, b, c, d i e. Od njih samo se dva nalaze u kloroplastima viših biljaka: klorofil a i klorofil b. Najvažniji je klorofil „a“, kakav je prisutan u biljkama, algama i fotosintetskim cijanobakterijama.

Klorofil "a" omogućuje fotosintezu prijenosom njegovih aktiviranih elektrona na druge molekule koje čine šećere.

Druga vrsta klorofila je klorofil "b", koji se nalazi samo u takozvanim zelenim algama i biljkama. Sa svoje strane, klorofil "c" nalazi se samo u fotosintetskim članovima skupine kromista, poput dinoflagelata.

Razlike između klorofila u tim glavnim skupinama bile su jedan od prvih znakova da oni nisu bili tako povezani kao što se prethodno mislilo.

Količina klorofila "b" je otprilike četvrtina ukupnog sadržaja klorofila. Sa svoje strane, klorofil "a" nalazi se u svim fotosintetskim biljkama, zbog čega ga zovu univerzalni fotosintetski pigment. Naziva se i primarnim fotosintetskim pigmentom jer provodi primarnu reakciju fotosinteze.

Od svih pigmenata koji sudjeluju u fotosintezi, klorofil igra temeljnu ulogu. Zbog toga su ostali fotosintetski pigmenti poznati kao dodatni pigmenti.

Upotreba pomoćnih pigmenata omogućava mu da apsorbira širi raspon valnih duljina i samim tim ubira više energije od sunčeve svjetlosti.

karotenoidi

Karotenoidi su druga važna skupina fotosintetskih pigmenata. Oni apsorbiraju ljubičastu i plavo-zelenu svjetlost.

Karotenoidi pružaju svijetle boje koje predstavlja voće; Primjerice, crveno u rajčici nastaje zbog prisutnosti likopena, žuto u sjemenkama kukuruza uzrokuje zeaksantin, a naranča u narančinoj kore zbog β-karotena.

Svi su ovi karotenoidi važni u privlačenju životinja i promicanju širenja sjemena biljke.

Kao i svi fotosintetski pigmenti, karotenoidi pomažu u hvatanju svjetlosti, ali također služe i drugoj važnoj funkciji: uklanjanju suvišne energije sa Sunca.

Dakle, ako list prima veliku količinu energije i ta se energija ne koristi, taj višak može oštetiti molekule fotosintetskog kompleksa. Karotenoidi sudjeluju u apsorpciji viška energije i pomažu joj da se raziđe kao toplina.

Karotenoidi su uglavnom crveni, narančasti ili žuti pigmenti i uključuju dobro poznati spoj karoten koji mrkvi daje boju. Ti spojevi sastoje se od dva mala prstena od šest ugljika povezanih "lancem" atoma ugljika.

Kao rezultat njihove molekularne strukture, ne otapaju se u vodi, već se vežu na membrane unutar stanice.

Karotenoidi ne mogu izravno koristiti svjetlosnu energiju za fotosintezu, već moraju apsorbiranu energiju prenijeti u klorofil. Zbog toga se smatraju dodatnim pigmentima. Drugi primjer dobro vidljivog pomoćnog pigmenta je fukoksantin koji morskim algama daje i smeđoj boji njihovu dijatomsku boju.

Karotenoidi se mogu svrstati u dvije skupine: karoteni i ksantofili.

karotene

Karoteni su organski spojevi koji se široko distribuiraju kao pigmenti u biljkama i životinjama. Njihova opća formula je C40H56 i ne sadrže kisik. Ti su pigmenti nezasićeni ugljikovodici; to jest, imaju mnogo dvostrukih veza i pripadaju izoprenoidnoj seriji.

Karoteni u biljkama daju žutoj, narančastoj ili crvenoj boji cvjetove (neven), plodove (bundeva) i korijenje (mrkva). Kod životinja su vidljive u mastima (maslac), žumanjcima, perju (kanarinac) i školjkama (jastog).

Najčešći karoten je β-karoten, koji je prethodnica vitamina A i smatra se vrlo važnim za životinje.

ksantofila

Ksantofili su žuti pigmenti čija je molekularna struktura slična onoj karotena, ali s tom razlikom što sadrže atome kisika. Neki primjeri su: C40H56O (kriptoksantin), C40H56O2 (lutein, zeaksantin) i C40H56O6, što je karakteristični fukoksantin gore spomenutih smeđih algi.

Karoteni su uglavnom više narančaste boje od ksantofila. I karoteni i ksantofili topljivi su u organskim otapalima poput kloroforma, etil etera, među ostalim. Karoteni su topljiviji u ugljičnom disulfidu u usporedbi s ksantofilima.

Funkcije karotenoida

- Karotenoidi djeluju kao pomoćni pigmenti. Oni apsorbiraju zračenje energije u srednjem području vidljivog spektra i prenose ga u klorofil.

- Oni štite komponente kloroplasta od kisika koji se stvaraju i oslobađaju tijekom fotolize vode. Karotenoidi skupljaju taj kisik kroz svoje dvostruke veze i mijenjaju svoju molekularnu strukturu u stanje energije (bezopasno).

- Uzbuđeno stanje klorofila reagira s molekularnim kisikom i stvara visoko štetno stanje kisika koje se naziva singletni kisik. Karotenoidi to sprečavaju isključivanjem pobuđenog stanja klorofila.

- Tri ksantofila (violoksantin, antheroksantin i zeaksantin) sudjeluju u raspršivanju suvišne energije pretvarajući je u toplinu.

- Zbog svoje boje, karotenoidi čine cvijeće i plodove vidljivim za oprašivanje i širenje životinja.

Phycobilins

Fikobilini su pigmenti topljivi u vodi i zato se nalaze u citoplazmi ili stromi kloroplasta. Javljaju se samo u cijanobakterijama i crvenim algama (Rhodophyta).

Fikobilini nisu važni samo za organizme koji ih koriste za apsorpciju energije iz svjetlosti, već se koriste i kao istraživački alati.

Kad su spojevi poput pikocijanina i fikoeritrina izloženi jakoj svjetlosti, oni apsorbiraju energiju svjetlosti i oslobađaju je fluorescentno u vrlo uskom rasponu valnih duljina.

Svjetlost proizvedena ovom fluorescencijom toliko je karakteristična i pouzdana da se fikobilini mogu upotrijebiti kao kemijske "oznake". Ove se tehnike široko koriste u istraživanjima raka kako bi se "označile" stanice tumora.

Reference

1. Bianchi, T. i Canuel, E. (2011). Kemijski biomarkeri u vodenim ekosustavima (1. izd.). Princeton University Press.
2. Evert, R. i Eichhorn, S. (2013). Gavrana biologija biljaka (8. izd.). WH Freeman and Company Publishers.
3. Goldberg, D. (2010). Barronova AP biologija (3. izd.). Barronova obrazovna serija, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fiziokemijska i okolišna fiziologija biljaka (4. izd.). Elsevier Inc.
5. Fotosintetski pigmenti. Oporavak od: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primarni procesi fotosinteze: Načela i aparati (IL Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.