Charakteristiky fotosyntetických pigmentov a hlavné typy



fotosyntetické pigmenty sú to chemické zlúčeniny, ktoré absorbujú a odrážajú určité vlnové dĺžky viditeľného svetla, vďaka čomu vyzerajú „farebne“. Rôzne druhy rastlín, rias a cyanobaktérií majú fotosyntetické pigmenty, ktoré absorbujú na rôznych vlnových dĺžkach a vytvárajú rôzne farby, hlavne zelenú, žltú a červenú..

Tieto pigmenty sú nevyhnutné pre niektoré autotrofné organizmy, ako sú rastliny, pretože im pomáhajú využívať širokú škálu vlnových dĺžok na produkciu potravy vo fotosyntéze. Keďže každý pigment reaguje len s niektorými vlnovými dĺžkami, existujú rôzne pigmenty, ktoré umožňujú zachytiť viac svetla (fotónov)..

index

  • 1 Charakteristiky
  • 2 Typy fotosyntetických pigmentov
    • 2.1 Chlorofyly
    • 2.2 Karotenoidy
    • 2.3 Fykobilíny 
  • 3 Odkazy

rysy

Ako je uvedené vyššie, fotosyntetické pigmenty sú chemické prvky, ktoré sú zodpovedné za absorbovanie potrebného svetla, takže proces fotosyntézy môže byť generovaný. Prostredníctvom fotosyntézy sa energia Slnka premieňa na chemickú energiu a cukry.

Slnečné svetlo sa skladá z rôznych vlnových dĺžok, ktoré majú rôzne farby a úrovne energie. Nie všetky vlnové dĺžky sa rovnako používajú vo fotosyntéze, preto existujú rôzne typy fotosyntetických pigmentov.

Fotosyntetické organizmy obsahujú pigmenty, ktoré absorbujú len vlnové dĺžky viditeľného svetla a odrážajú ostatných. Súbor vlnových dĺžok absorbovaných pigmentom je jeho absorpčné spektrum.

Pigment absorbuje určité vlnové dĺžky a tie, ktoré neabsorbujú, ich odráža; farba je jednoducho svetlo odrazené pigmentmi. Napríklad rastliny vyzerajú zelene, pretože obsahujú mnoho molekúl chlorofylu a a b, ktoré odrážajú zelené svetlo.

Typy fotosyntetických pigmentov

Fotosyntetické pigmenty možno rozdeliť do troch typov: chlorofyly, karotenoidy a fykobilíny.

chlorofyly

Chlorofyly sú zelené fotosyntetické pigmenty, ktoré v štruktúre obsahujú porfyrínový kruh. Sú to stabilné, prstencovité molekuly, okolo ktorých elektróny môžu voľne migrovať.

Pretože sa elektróny pohybujú voľne, kruh má potenciál získať alebo stratiť elektróny ľahko, a preto má potenciál poskytovať elektróny pod napätím iným molekulám. Toto je základný proces, ktorým chlorofyl "zachytáva" slnečné svetlo.

Druhy chlorofylov

Existuje niekoľko typov chlorofylu: a, b, c, d a e. Z nich len dve sa nachádzajú v chloroplastoch vyšších rastlín: chlorofyl a a chlorofyl b. Najdôležitejším je chlorofyl "a", ako je prítomný v rastlinách, riasach a fotosyntetických cyanobaktériách.

Chlorofyl "a" umožňuje fotosyntézu, pretože prenáša svoje aktivované elektróny na iné molekuly, ktoré budú tvoriť cukry.

Druhým typom chlorofylu je chlorofyl "b", ktorý sa nachádza len v tzv. Zelených riasach a rastlinách. Na druhej strane, chlorofyl "c" sa nachádza len vo fotosyntetických členoch chromistickej skupiny, ako v dinoflagelátoch.

Rozdiely medzi chlorofylmi týchto hlavných skupín boli jedným z prvých príznakov, že neboli tak úzko prepojené, ako sa predtým predpokladalo.

Množstvo chlorofylu "b" je približne štvrtina celkového obsahu chlorofylu. Chlorofyl "a" sa nachádza vo všetkých fotosyntetických rastlinách, preto sa nazýva univerzálny fotosyntetický pigment. Nazývajú to tiež primárny fotosyntetický pigment, pretože vykonáva primárnu reakciu fotosyntézy.

Zo všetkých pigmentov, ktoré sa podieľajú na fotosyntéze, hrá zásadnú úlohu chlorofyl. Z tohto dôvodu sú zvyšné fotosyntetické pigmenty známe ako prídavné pigmenty.

Použitie prídavných pigmentov umožňuje absorbovať širší rozsah vlnových dĺžok a tým zachytiť viac energie zo slnečného svetla.

karotenoidy

Karotenoidy sú ďalšou dôležitou skupinou fotosyntetických pigmentov. Tieto absorbujú fialové a modrozelené svetlo.

Karotenoidy poskytujú jasné farby, ktoré ovocie predstavuje; napríklad červená paradajka je spôsobená prítomnosťou lykopénu, žltá semená kukurice je spôsobená zeaxantínom a oranžová kôra pomaranča je spôsobená β-karoténom.

Všetky tieto karotenoidy sú dôležité na prilákanie zvierat a na podporu rozptýlenia semien rastliny.

Podobne ako všetky fotosyntetické pigmenty, karotenoidy pomáhajú zachytávať svetlo, ale hrajú aj ďalšiu dôležitú úlohu: odstrániť prebytočnú energiu zo Slnka.

Ak teda list dostane veľké množstvo energie a táto energia sa nepoužíva, tento prebytok môže poškodiť molekuly fotosyntetického komplexu. Karotenoidy sa podieľajú na absorpcii prebytočnej energie a pomáhajú ju rozptýliť vo forme tepla.

Karotenoidy sú zvyčajne červené, oranžové alebo žlté pigmenty a zahŕňajú dobre známu karoténovú zlúčeninu, ktorá dáva farbu mrkve. Tieto zlúčeniny sú tvorené dvoma malými kruhmi so šiestimi atómami uhlíka spojenými "reťazcom" atómov uhlíka.

V dôsledku ich molekulárnej štruktúry sa nerozpúšťajú vo vode, ale namiesto toho sa viažu na membrány vnútri bunky.

Karotenoidy nemôžu priamo využiť energiu svetla na fotosyntézu, ale musia preniesť energiu absorbovanú na chlorofyl. Z tohto dôvodu sa považujú za doplnkové pigmenty. Ďalším príkladom vysoko viditeľného prídavného pigmentu je fukoxantín, ktorý dáva hnedej farbe morské riasy a rozsievky.

Karotenoidy možno rozdeliť do dvoch skupín: karotenoidy a xantofyly.

karoténov

Karotény sú organické zlúčeniny široko distribuované ako pigmenty v rastlinách a zvieratách. Všeobecný vzorec je C40H56 a neobsahuje kyslík. Tieto pigmenty sú nenasýtené uhľovodíky; to znamená, že majú mnoho dvojitých väzieb a patria do izoprenoidovej série.

V rastlinách, karotény dodávajú žlté, oranžové alebo červené farby na kvety (nechtík), ovocie (tekvica) a korene (mrkvu). U zvierat sú viditeľné v tukoch (maslo), vaječných žĺtkoch, perách (kanárikoch) a škrupinách (homáre)..

Najbežnejším karoténom je β-karotén, ktorý je prekurzorom vitamínu A a je považovaný za veľmi dôležitý pre zvieratá..

xantofyly

Xantofyly sú žlté pigmenty, ktorých molekulová štruktúra je podobná karotenoidom, ale s tým rozdielom, že obsahujú atómy kyslíka. Niektoré príklady sú: C40H56O (kryptoxantín), C40H56O2 (luteín, zeaxantín) a C40H56O6, čo je charakteristický fukoxantín hnedých rias uvedených vyššie.

Karotenoidy majú vo všeobecnosti oranžovejšiu farbu ako xantofyly. Karotenoidy aj xantofyly sú rozpustné v organických rozpúšťadlách, ako je napríklad chloroform, etyléter. Karotény sú rozpustnejšie v sírouhlíku v porovnaní s xantofytmi.

Funkcie karotenoidov

- Karotenoidy fungujú ako prídavné pigmenty. Absorbujte žiarivú energiu v strednej oblasti viditeľného spektra a preneste ju na chlorofyl.

- Chránia chlórplastové komponenty pred kyslíkom generovaným a uvoľneným počas fotolýzy vody. Karotenoidy zhromažďujú tento kyslík prostredníctvom svojich dvojitých väzieb a menia svoju molekulovú štruktúru do stavu nižšej energie (neškodný)..

- Vzrušený stav chlorofylu reaguje s molekulárnym kyslíkom a vytvára vysoko škodlivý kyslík, ktorý sa nazýva singletový kyslík. Karotenoidy tomu zabránia vypnutím excitačného stavu chlorofylu.

- Tri xantofyly (violoxantín, anteroxantín a zeaxantín) sa podieľajú na rozptýlení prebytočnej energie premenou na teplo.

- Kvôli ich farbe karotenoidy robia kvety a plody viditeľnými pre opelenie a rozptýlenie zvierat.

phycobilins 

Fykobilíny sú pigmenty rozpustné vo vode, a preto sa nachádzajú v cytoplazme alebo stróme chloroplastu. Vyskytujú sa iba v cyanobaktériách a červených riasach (červené riasy).

Fykobilíny sú dôležité nielen pre organizmy, ktoré ich používajú na absorbovanie energie svetla, ale používajú sa aj ako výskumné nástroje.

Keď sú vystavené intenzívnym svetelným zlúčeninám, ako je pykokyanín a fykoerytrín, absorbujú energiu svetla a uvoľňujú ho vyžarovaním vo veľmi úzkom rozsahu vlnových dĺžok..

Svetlo produkované touto fluorescenciou je také výrazné a spoľahlivé, že fykobilíny môžu byť použité ako chemické "štítky". Tieto techniky sú široko používané vo výskume rakoviny na "značenie" nádorových buniek.

referencie

  1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemické biomarkery vo vodných ekosystémoch (1. vydanie). Princeton University Press.
  2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Havranská biológia rastlín (8. vydanie). W. H. Freeman a Company Publishers.
  3. Goldberg, D. (2010). Barronova AP biológia (3. vydanie). Barron's Educational Series, Inc.
  4. Nobel, D. (2009). Fyzikálno-chemická a environmentálna fyziológia rastlín (4. vydanie). Elsevier Inc.
  5. Fotosyntetické pigmenty. Zdroj: ucmp.berkeley.edu
  6. Renger, G. (2008). Primárne procesy fotosyntézy: Princípy a prístroje (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biológie (7. vydanie) Cengage Learning.