FOTOSZINTETIKUS PIGMENTEK: JELLEMZŐK ÉS FŐBB TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2025

A fotoszintetikus pigmentek olyan kémiai vegyületek, amelyek abszorbeálják és visszatükrözik a látható fény bizonyos hullámhosszait, ami "színesnek" tűnik őket. Különböző típusú növények, algák és cianobaktériumok fotoszintetikus pigmentekkel rendelkeznek, amelyek különböző hullámhosszon abszorbeálódnak, és különböző színű, főleg zöld, sárga és piros színűek.

Ezekre a pigmentekre szükség van egyes autotrofikus szervezetek, például növények számára, mivel segítik őket a széles hullámhossz-tartomány kihasználásában, hogy ételeiket fotoszintézis során előállítsák. Mivel az egyes pigmentek csak bizonyos hullámhosszokkal reagálnak, vannak különböző pigmentek, amelyek lehetővé teszik több fény elfogását (fotonok).

jellemzők

Mint korábban említettük, a fotoszintetikus pigmentek olyan kémiai elemek, amelyek felelősek a fotoszintézis folyamatához szükséges fény elnyelésében. A fotoszintézis révén a Napból származó energia kémiai energiává és cukrokká alakul.

A napfény különböző hullámhosszúságú, eltérő színű és energiaszintű hullámokból áll. A fotoszintézisben nem minden hullámhosszt használnak azonos módon, ezért léteznek különböző típusú fotoszintézisű pigmentek.

A fotoszintetikus organizmusok pigmenteket tartalmaznak, amelyek csak a látható fény hullámhosszát veszik fel és másokat tükröznek. A pigment által abszorbeált hullámhosszok halmaza az abszorpciós spektruma.

A pigment bizonyos hullámhosszokat abszorbeál, és azok, amelyeket nem abszorbeál, visszatükröződnek; a szín egyszerűen a pigmentek által visszavert fény. Például a növények zöldeknek tűnnek, mert sok a és b klorofill molekulát tartalmaznak, amelyek zöld fényt tükröznek.

A fotoszintetikus pigmentek típusai

A fotoszintetikus pigmenteket három csoportra lehet osztani: klorofillök, karotinoidok és fikobilinok.

klorofillokat

A klorofillok zöld fotoszintetikus pigmentek, amelyek szerkezetében porfirin gyűrűt tartalmaznak. Stabil gyűrű alakú molekulák, amelyek körül az elektronok szabadon vándorolhatnak.

Mivel az elektronok szabadon mozognak, a gyűrűnek elektronok nyerésére vagy elvesztésére való képessége van, és ezért energiával ellátott elektronokat szolgáltathat más molekulákhoz. Ez az alapvető folyamat, amellyel a klorofill "elfogja" a napfényből származó energiát.

A klorofill típusok

A klorofillnek többféle típusa létezik: a, b, c, d és e. Ezek közül csak kettő található a magasabb növények kloroplasztjaiban: a klorofill a és a klorofill b. A legfontosabb az "a" klorofill, mivel a növényekben, algákban és fotoszintetizáló cianobaktériumokban található meg.

Az "a" klorofill lehetővé teszi a fotoszintézist azáltal, hogy aktivált elektronjait más molekulákba helyezi, amelyek cukrokat képeznek.

A klorofill második típusa a "b" klorofill, amely csak az úgynevezett zöld algákban és növényekben található meg. A "c" klorofill viszont csak a krómista csoport fotoszintetikus tagjaiban található, például a dinoflagelátokban.

A klorofilcsoportok közötti különbségek ezekben a nagy csoportokban az egyik első jele annak, hogy ezek nem voltak olyan szorosan rokonok, mint ahogy korábban gondoltuk.

A "b" klorofill mennyisége a teljes klorofilltartalom körülbelül egynegyede. A klorofill az a-ban található minden fotoszintézisű növényben, ezért univerzális fotoszintézis-pigmentnek hívják. Primer fotoszintézis pigmentnek is hívják, mivel a fotoszintézis elsődleges reakcióját hajtja végre.

A fotoszintézisben részt vevő pigmentek közül a klorofill alapvető szerepet játszik. Ezért a többi fotoszintetikus pigmentet kiegészítő pigmenteknek nevezzük.

A kiegészítő pigmentek használata lehetővé teszi a hullámhosszúság szélesebb körének abszorbeálását, és ezért több energiát gyűjt a napfényből.

A karotinoidok

A karotinoidok a fotoszintetikus pigmentek egy másik fontos csoportja. Ezek elnyelik a lila és a kék-zöld fényt.

A karotinoidok biztosítják a gyümölcsök élénk színeit; Például a paradicsomban a vörös a likopin jelenléte, a kukoricamagban a sárga a zeaxantin, a narancshéjban a narancs pedig a β-karotin.

Mindezek a karotinoidok fontosak az állatok vonzásában és a növény magjának elterjedésének előmozdításában.

Mint minden fotoszintetikus pigment, a karotinoidok is segítenek a fény elnyerésében, de egy másik fontos funkcióval is szolgálnak: kiküszöbölik a Nap felesleges energiáját.

Tehát, ha egy levél nagy mennyiségű energiát kap, és ezt az energiát nem használják, ez a felesleg károsíthatja a fotoszintézis komplex molekuláit. A karotinoidok részt vesznek a felesleges energia abszorpciójában és elősegítik annak hőként történő eloszlatását.

A karotinoidok általában vörös, narancssárga vagy sárga pigmentek, és magukban foglalják a jól ismert karotin vegyületet, amely a sárgarépához színt ad. Ezek a vegyületek két kicsi, hat széngyűrűből állnak, amelyeket szénatomok "lánca" kapcsol össze.

Molekuláris szerkezetük eredményeként nem oldódnak vízben, hanem kötődnek a sejtben található membránokhoz.

A karotinoidok nem képesek közvetlenül felhasználni a fény energiáját a fotoszintézishez, hanem át kell adniuk az abszorbeált energiát a klorofillbe. Ezért kiegészítő pigmenteknek tekintik őket. A jól látható kiegészítő pigment másik példája a fukoxantin, amely a tengeri algáknak és a kovaföldnek barna színét adja.

A karotinoidokat két csoportba lehet sorolni: karotinok és xantofillok.

A karotinok

A karotinok szerves vegyületek, amelyek pigmentekként széles körben terjednek növényekben és állatokban. Általános képletük C40H56, és nem tartalmaznak oxigént. Ezek a pigmentek telítetlen szénhidrogének; vagyis sok kettős kötéssel rendelkeznek, és az izoprenoid sorozathoz tartoznak.

A növényekben a karotinok sárga, narancssárga vagy piros színt adnak a virágoknak (körömvirág), gyümölcsöknek (tök) és gyökereknek (sárgarépa). Az állatokban zsírokban (vaj), tojássárgája, toll (kanári) és kagylóban (homár) láthatók.

A leggyakoribb karotin a β-karotin, amely az A-vitamin előzménye, és az állatok számára nagyon fontosnak tekinthető.

Xantofillek

A xantofillok olyan sárga pigmentek, amelyek molekuláris szerkezete hasonló a karotinokéhoz, de azzal a különbséggel, hogy oxigénatomokat tartalmaznak. Néhány példa: C40H56O (kriptoxantin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) és C40H56O6, amely a barna algák fent említett jellegzetes fukoxantinja.

A karotinok általában narancssárga színűek, mint a xantofillok. Mind a karotinok, mind a xantofillok oldhatók szerves oldószerekben, például kloroformban, etil-éterben. A karotinok jobban oldódnak a szén-diszulfidban, mint a xantofillok.

A karotinoidok funkciói

- A karotinoidok kiegészítő pigmentekként működnek. Abszorbeálják a sugárzó energiát a látható spektrum középső részén, és továbbítják azt klorofillbe.

- Megvédik a kloroplaszt alkotóelemeket a víz fotolízise során képződött és felszabadult oxigéntől. A karotinoidok ezt az oxigént kettős kötéseik révén veszik fel, és molekuláris szerkezetüket alacsonyabb energiájú (ártalmatlan) állapotra változtatják.

- A klorofill gerjesztett állapota reagál a molekuláris oxigénnel, hogy egy nagyon káros oxigénállapotot képezzen, amelyet szingulett oxigénnek neveznek. A karotinoidok ezt megakadályozzák azáltal, hogy kikapcsolják a klorofill gerjesztett állapotát.

- Három xantofill (violoxanthin, antheroxanthin és zeaxanthin) vesz részt a felesleges energia eloszlásában azáltal, hogy hőt átalakítja.

- Színe miatt a karotinoidok láthatóvá teszik a virágokat és gyümölcsöket az beporzáshoz és az állatok terjedéséhez.

fikobilinek

A fikobilinok vízben oldódó pigmentek, ezért megtalálhatók a kloroplaszt citoplazmájában vagy strómájában. Csak cianobaktériumokban és vörös algákban (Rhodophyta) fordulnak elő.

A fikobilinok nemcsak azoknak a szervezeteknek fontosak, amelyek a fény energiájának elnyelésére használják őket, hanem kutatási eszközként is felhasználják.

Amikor olyan vegyületeket, mint a pikocianin és a fikoeritrin, intenzív fénynek teszik ki, akkor elnyelik a fény energiáját és felszabadítják azt fluoreszcencia kibocsátásával egy nagyon szűk hullámhossztartományban.

Az ezen fluoreszcencia által keltett fény annyira megkülönböztető és megbízható, hogy a fikobilinok kémiai "címkékként" felhasználhatók. Ezeket a technikákat széles körben használják a rákkutatásban a tumorsejtek "jelölésére".

Irodalom

1. Bianchi, T. és Canuel, E. (2011). Kémiai biomarkerek a vízi ökoszisztémákban (1. kiadás). Princeton University Press.
2. Evert, R. és Eichhorn, S. (2013). A növények hollóbiológiája (8. kiadás). WH Freeman és a vállalati kiadók.
3. Goldberg, D. (2010). Barron AP Biology (3. kiadás). Barron oktatási sorozat, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fizikai-kémiai és környezeti növényi élettan (4. kiadás). Elsevier Inc.
5. Fotoszintetikus pigmentek. Helyreállítva: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). A fotoszintézis elsődleges folyamatai: alapelvek és készülékek (IL. Kiadás), RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. és Martin, D. (2004). Biológia (7. kiadás) Cengage Learning.