FOTOSYNTEETTISET PIGMENTIT: OMINAISUUDET JA PÄÄTYYPIT - BIOLOGIA - 2025

Fotosynteesin pigmentit ovat kemiallisia yhdisteitä, jotka absorboivat ja heijastavat tiettyjä näkyvän valon aallonpituuksia, mikä tekee niistä näkyvät "värikäs". Erityyppisissä kasveissa, levässä ja sinileväbakteerissa on fotosynteettisiä pigmenttejä, jotka imeytyvät eri aallonpituuksilla ja tuottavat erilaisia ​​värejä, lähinnä vihreää, keltaista ja punaista.

Nämä pigmentit ovat välttämättömiä joillekin autotrofisille organismeille, kuten kasveille, koska ne auttavat niitä hyödyntämään laajaa aallonpituusaluetta tuottamaan ruokaa fotosynteesissä. Koska jokainen pigmentti reagoi vain joidenkin aallonpituuksien kanssa, on olemassa erilaisia ​​pigmenttejä, jotka sallivat enemmän valon vangitsemisen (fotonit).

ominaisuudet

Kuten aiemmin mainittiin, fotosynteettiset pigmentit ovat kemiallisia elementtejä, jotka vastaavat valon absorboimisesta, jotta fotosynteesiprosessi tapahtuisi. Fotosynteesin kautta Auringon energia muuttuu kemialliseksi energiaksi ja sokereiksi.

Auringonvalo koostuu eri aallonpituuksista, joilla on eri värit ja energiatasot. Kaikkia aallonpituuksia ei käytetä yhtä paljon fotosynteesissä, minkä vuoksi fotosynteettisiä pigmenttejä on erityyppisiä.

Fotosynteettiset organismit sisältävät pigmenttejä, jotka absorboivat vain näkyvän valon aallonpituudet ja heijastavat muita. Pigmentin absorboimat aallonpituusjoukot ovat sen absorptiospektri.

Pigmentti imee tiettyjä aallonpituuksia, ja ne, joita se ei absorboi, heijastuvat; väri on yksinkertaisesti pigmenttien heijastama valo. Esimerkiksi kasvit näyttävät vihreältä, koska ne sisältävät monia klorofyylimolekyylejä a ja b, jotka heijastavat vihreää valoa.

Tyypit fotosynteettisiä pigmenttejä

Fotosynteesipigmentit voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: klorofyllit, karotenoidit ja fykobiliinit.

Klorofyllejä

Klorofyllit ovat vihreitä fotosynteettisiä pigmenttejä, joiden rakenteessa on porfyriinirengas. Ne ovat stabiileja rengasmaisia ​​molekyylejä, joiden ympäri elektronit voivat vapaasti siirtyä.

Koska elektronit liikkuvat vapaasti, renkaalla on potentiaali saada helposti tai menettää elektroneja, ja siksi sillä on potentiaalia tarjota energioituja elektroneja muille molekyyleille. Tämä on perusprosessi, jolla klorofylli "vangitsee" auringonvalon energian.

Klorofyllityypit

Klorofylliä on useita tyyppejä: a, b, c, d ja e. Näistä vain kaksi löytyy korkeampien kasvien kloroplasteista: klorofylli a ja klorofylli b. Tärkein on klorofylli "a", koska sitä esiintyy kasveissa, levissä ja fotosynteettisissä sinileväbakteerissa.

Klorofylli "a" tekee fotosynteesin mahdolliseksi siirtämällä sen aktivoituneet elektronit muihin molekyyleihin, joista muodostuu sokereita.

Toinen klorofyllityyppi on klorofylli "b", jota esiintyy vain ns. Vihreissä leväissä ja kasveissa. Klorofylli "c" puolestaan ​​löytyy vain kromista-ryhmän fotosynteettisistä jäsenistä, kuten dinoflagelaateista.

Näiden suurten ryhmien klorofyllien väliset erot olivat yksi ensimmäisistä merkeistä, että ne eivät olleet yhtä läheisessä yhteydessä kuin aiemmin ajateltiin.

Klorofyllin "b" määrä on noin neljännes kokonaisklorofyllipitoisuudesta. Klorofylli "a" esiintyy puolestaan ​​kaikissa fotosynteettisissä kasveissa, minkä vuoksi sitä kutsutaan yleiseksi fotosynteettiseksi pigmentiksi. Sitä kutsutaan myös primaariseksi fotosynteettiseksi pigmentiksi, koska se suorittaa fotosynteesin primaarireaktion.

Kaikista fotosynteesiin osallistuvista pigmenteistä klorofyllillä on keskeinen rooli. Tästä syystä muut fotosynteettiset pigmentit tunnetaan lisäpigmenteinä.

Lisäpigmenttien käyttö antaa sille absorboida laajemman aallonpituusalueen ja siksi ottaa enemmän energiaa auringonvalosta.

karotenoidit

Karotenoidit ovat toinen tärkeä ryhmä fotosynteettisiä pigmenttejä. Ne absorboivat violetti- ja sinivihreää valoa.

Karotenoidit tarjoavat hedelmien läsnä olevat kirkkaat värit; Esimerkiksi tomaatin punainen johtuu lykopeenin läsnäolosta, maissin siementen keltainen johtuu zeaksantiinista ja oranssi appelsiininkuorissa johtuu β-karoteenista.

Kaikki nämä karotenoidit ovat tärkeitä houkuttelemalla eläimiä ja edistämällä kasvin siementen leviämistä.

Kuten kaikki fotosynteettiset pigmentit, karotenoidit auttavat vangitsemaan valoa, mutta ne toimivat myös toisena tärkeänä toimintana: poistavat ylimääräisen energian auringosta.

Siksi, jos lehti saa suuren määrän energiaa ja tätä energiaa ei käytetä, tämä ylimäärä voi vahingoittaa fotosynteettisen kompleksin molekyylejä. Karotenoidit osallistuvat ylimääräisen energian absorbointiin ja auttavat hävittämään sitä lämmönä.

Karotenoidit ovat yleensä punaisia, oransseja tai keltaisia ​​pigmenttejä, ja niihin sisältyy tunnettu karoteniiniyhdiste, joka antaa porkkanoille niiden värin. Nämä yhdisteet koostuvat kahdesta pienestä kuuden hiilen renkaasta, jotka on kytketty hiiliatomien "ketjulla".

Molekyylirakenteensa vuoksi ne eivät liukene veteen, vaan sitoutuvat sen sijaan solun sisäisiin kalvoihin.

Karotenoidit eivät voi suoraan käyttää valon energiaa fotosynteesiin, mutta niiden on siirrettävä absorboitunut energia klorofylliin. Tästä syystä niitä pidetään lisäpigmenteinä. Toinen esimerkki erittäin näkyvästä lisäpigmentistä on fuksoksantiini, joka antaa merilevälle ja piimannoille niiden ruskean värin.

Karotenoidit voidaan luokitella kahteen ryhmään: karoteenit ja ksantofyllit.

Karoteenipitoisuus

Karoteenit ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat laajalti levinneet pigmentteinä kasveissa ja eläimissä. Niiden yleinen kaava on C40H56, ja ne eivät sisällä happea. Nämä pigmentit ovat tyydyttymättömiä hiilivetyjä; ts. heillä on monia kaksoissidoksia ja ne kuuluvat isoprenoidisarjaan.

Kasveissa karoteenit antavat keltaisia, oransseja tai punaisia ​​värejä kukille (kalanteri), hedelmille (kurpitsa) ja juurille (porkkana). Eläimissä ne näkyvät rasvoissa (voi), munankeltuaisissa, höyhenissä (kanariansaarissa) ja kuorissa (hummeri).

Yleisin karoteeni on β-karoteeni, joka on A-vitamiinin edeltäjä ja jota pidetään erittäin tärkeänä eläimille.

ksantofyllit

Ksantofyllit ovat keltaisia ​​pigmenttejä, joiden molekyylirakenne on samanlainen kuin karoteenien, mutta sillä erolla, että ne sisältävät happiatomeja. Joitakin esimerkkejä ovat: C40H56O (kryptoksantiini), C40H56O2 (luteiini, zeaksantiini) ja C40H56O6, joka on yllä mainittujen ruskeiden levien ominainen fuksoksantiini.

Karoteenit ovat yleensä enemmän oransseja kuin ksantofyllit. Sekä karoteenit että ksantofyllit ovat liukoisia orgaanisiin liuottimiin, kuten kloroformiin, etyylieetteriin, mm. Karoteenit liukenevat paremmin hiilidisulfidiin ksantofyyleihin verrattuna.

Karotenoidien toiminnot

- Karotenoidit toimivat lisäpigmenteinä. Ne absorboivat säteilyenergiaa näkyvän spektrin keskialueella ja siirtävät sen klorofylliin.

- Ne suojaavat klooriplastikomponentteja hapeilta, jotka muodostuvat ja vapautuvat veden fotolyysin aikana. Karotenoidit poimivat tämän hapen kaksoissidostensa kautta ja muuttavat molekyylirakenteensa matalampaan energiaan (vaarattomaan) tilaan.

- Klorofyllin viritetty tila reagoi molekyylin hapen kanssa muodostaen erittäin vahingollisen happitilan, jota kutsutaan singlettihapuksi. Karotenoidit estävät tämän poistamalla klorofyllin viritetyn tilan.

- Kolme ksantofylliä (violoksantiini, antheroxanthin ja zeaxanthin) osallistuvat ylimääräisen energian hajoamiseen muuttamalla se lämmöksi.

- Karotenoidit tekevät väriinsä vuoksi kukista ja hedelmistä pölytyksen ja leviämisen eläimissä.

Fykobiliinit

Fykobiliinit ovat vesiliukoisia pigmenttejä, ja niitä esiintyy siksi kloroplastin sytoplasmassa tai stromassa. Niitä esiintyy vain syanobakteereissa ja punalevissä (Rhodophyta).

Fykobiliinit eivät ole tärkeitä vain organismeille, jotka käyttävät niitä valon energian absorboimiseen, vaan niitä käytetään myös tutkimusvälineinä.

Kun yhdisteet, kuten pykosyaniini ja fykoerytriini, altistetaan voimakkaalle valolle, ne absorboivat valon energiaa ja vapauttavat sen lähettämällä fluoresenssia erittäin kapealla aallonpituusalueella.

Tämän fluoresenssin tuottama valo on niin erottuva ja luotettava, että fykobiliineja voidaan käyttää kemiallisina "merkeinä". Näitä tekniikoita käytetään laajasti syöpätutkimuksessa tuumorisolujen "leimaamiseksi".

Viitteet

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Kemialliset biomarkkerit vedessä ekosysteemeissä (1. painos). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Kasvien korppibiologia (8. painos). WH Freeman ja yrityksen kustantajat.
3. Goldberg, D. (2010). Barronin AP-biologia (3. painos). Barronin koulutussarja, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fysikaalis-kemiallinen ja ympäristökasvien fysiologia (4. painos). Elsevier Inc.
5. Fotosynteettiset pigmentit. Palautettu: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Fotosynteesin primaariprosessit: periaatteet ja laitteet (IL. Toim.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. ja Martin, D. (2004). Biologia (7. painos) Cengage Learning.