Характеристики фотосинтетичних пігментів та основні типи



The фотосинтетичні пігменти вони є хімічними сполуками, які поглинають і відображають певні довжини хвиль видимого світла, що робить їх виглядом "барвистими". Різні типи рослин, водоростей і ціанобактерій мають фотосинтетичні пігменти, які поглинають при різних довжинах хвиль і генерують різні кольори, переважно зелені, жовті та червоні..

Ці пігменти необхідні для деяких автотрофних організмів, таких як рослини, тому що вони допомагають їм скористатися широким діапазоном довжин хвиль, щоб виробляти їжу в фотосинтезі. Оскільки кожен пігмент реагує тільки з деякими довжинами хвиль, існують різні пігменти, які дозволяють захопити більшу кількість світла (фотонів).

Індекс

  • 1 Характеристики
  • 2 Види фотосинтетичних пігментів
    • 2.1 Хлорофіли
    • 2.2 Каротиноїди
    • 2.3 Phycobilins 
  • 3 Посилання

Особливості

Як зазначено вище, фотосинтетичні пігменти є хімічними елементами, які відповідають за поглинання необхідного світла, щоб можна було генерувати процес фотосинтезу. Через фотосинтез енергія Сонця перетворюється на хімічну енергію і цукру.

Сонячне світло складається з різних довжин хвиль, які мають різні кольори і рівні енергії. Не всі довжини хвиль використовуються однаково для фотосинтезу, тому існують різні типи фотосинтетичних пігментів..

Фотосинтетичні організми містять пігменти, які поглинають тільки довжини хвиль видимого світла і відображають інші. Безліч довжин хвиль, поглинених пігментом, є його спектром поглинання.

Пігмент поглинає певні довжини хвиль, а ті, які не поглинають, відбиває їх; колір - це просто світло, що відбивається пігментами. Наприклад, рослини виглядають зеленими, оскільки містять багато молекул хлорофілу А і В, які відображають зелене світло.

Види фотосинтетичних пігментів

Фотосинтетичні пігменти можна розділити на три типи: хлорофіли, каротиноїди і фікобіліни.

Хлорофіли

Хлорофіли - це зелені фотосинтетичні пігменти, які містять у своєму складі порфіринове кільце. Вони є стійкими кільцеподібними молекулами, навколо яких вільно мігрують електрони.

Оскільки електрони вільно рухаються, кільце має потенціал для легкої отримання або втрати електронів і, отже, має потенціал забезпечити енергію енергії іншим молекулам. Це фундаментальний процес, за допомогою якого хлорофіл "захоплює" енергію сонячного світла.

Види хлорофілів

Існує кілька типів хлорофілу: a, b, c, d і e. З них в хлоропластах вищих рослин зустрічаються лише два: хлорофіл а і хлорофіл b. Найбільш важливим є хлорофіл "а", як він присутній у рослинах, водоростях і фотосинтетичних ціанобактеріях.

Хлорофіл "a" робить фотосинтез можливим, оскільки він передає свої активовані електрони іншим молекулам, які зроблять цукру.

Другим типом хлорофілу є хлорофіл "б", який зустрічається тільки в так званих зелених водоростях і рослинах. З іншого боку, хлорофіл "c" зустрічається тільки в фотосинтетичних членах групи хромістів, як у дінофлагеллятах.

Відмінності між хлорофілами цих основних груп були одним з перших ознак того, що вони не були так тісно пов'язані, як вважалося раніше.

Кількість хлорофілу "b" становить приблизно чверть від загального вмісту хлорофілу. Зі свого боку, хлорофіл "а" зустрічається у всіх фотосинтетичних рослинах, тому його називають універсальним фотосинтетичним пігментом. Вони також називають його первинним фотосинтетичним пігментом, оскільки він виконує первинну реакцію фотосинтезу.

З усіх пігментів, які беруть участь у фотосинтезі, основну роль відіграє хлорофіл. З цієї причини інші фотосинтетичні пігменти відомі як допоміжні пігменти.

Використання допоміжних пігментів дозволяє поглинати більш широкий діапазон довжин хвиль і, отже, захоплювати більше енергії від сонячного світла.

Каротиноїди

Ще однією важливою групою фотосинтетичних пігментів є каротиноїди. Вони поглинають фіолетовий і синьо-зелений світло.

Каротиноїди забезпечують яскраві кольори, які присутні в плодах; наприклад, томатний червоний обумовлений наявністю лікопіну, жовтий насіння кукурудзи викликаний зеаксантином, а апельсин апельсинової кірки - β-каротином.

Всі ці каротиноїди важливі для залучення тварин і сприяють розгону насіння рослини.

Як і всі фотосинтетичні пігменти, каротиноїди допомагають захопити світло, але також відіграють ще одну важливу роль: видаляти надлишкову енергію від Сонця.

Таким чином, якщо лист отримує велику кількість енергії і ця енергія не використовується, цей надлишок може пошкодити молекули фотосинтетичного комплексу. Каротиноїди беруть участь у поглинанні надлишкової енергії і допомагають розсіювати її у вигляді тепла.

Каротиноїди зазвичай являють собою червоні, помаранчеві або жовті пігменти і включають відоме каротинове з'єднання, яке надає кольору моркви. Ці сполуки утворені двома малими кільцями з шести вуглеців, сполученими «ланцюгом» атомів вуглецю.

Внаслідок їх молекулярної структури вони не розчиняються у воді, а замість цього зв'язуються з мембранами всередині клітини.

Каротиноїди не можуть безпосередньо використовувати енергію світла для фотосинтезу, але повинні переносити енергію, поглинену в хлорофіл. З цієї причини вони вважаються допоміжними пігментами. Іншим прикладом надзвичайно помітного допоміжного пігменту є фукоксантин, який надає коричневому кольору морським водоростям і діатомовим водоростям..

Каротиноїди можна розділити на дві групи: каротиноїди та ксантофіли.

Каротини

Каротини є органічними сполуками, широко поширеними як пігменти у рослин і тварин. Його загальна формула - C40H56 і не містить кисню. Ці пігменти є ненасиченими вуглеводнями; тобто вони мають багато подвійних зв'язків і відносяться до ряду ізопреноїдів.

У рослин каротини надають жовті, оранжеві або червоні кольори квіткам (календулою), плодам (гарбуз) і корінням (морква). У тварин вони видно в жирах (масло), яєчних жовтках, пір'ях (канарейках) і оболонках (лобстерах).

Найбільш поширеним каротином є β-каротин, який є попередником вітаміну А і вважається дуже важливим для тварин.

Ксантофіли

Ксантофіли - це жовті пігменти, молекулярна структура яких подібна до каротиноїдів, але з тією різницею, що вони містять атоми кисню. Деякими прикладами є: C40H56O (криптоксантин), C40H56O2 (лютеїн, зеаксантин) і C40H56O6, який є характерним фукоксантином бурих водоростей, згаданим вище.

Загалом, каротиноїди мають більш помаранчевий колір, ніж ксантофіли. Як каротиноїди, так і ксантофіли розчиняються в органічних розчинниках, таких як хлороформ, етиловий ефір, серед інших. Каротини є більш розчинними в сірковуглеці порівняно з ксантофілами.

Функції каротиноїдів

- Каротиноїди функціонують як допоміжні пігменти. Поглинає променеву енергію в середній області видимого спектру і переносять її в хлорофіл.

- Вони захищають компоненти хлоропласта від кисню, що утворюється і вивільняється при фотолізі води. Каротиноїди збирають цей кисень через їх подвійні зв'язки і змінюють свою молекулярну структуру до стану нижчої енергії (нешкідливо).

- Збуджений стан хлорофілу реагує з молекулярним киснем, утворюючи сильно пошкоджує кисень, що називається синглетним киснем. Каротиноїди запобігають це шляхом вимкнення стану збудження хлорофілу.

- Три ксантофіли (віолоксантин, антероксантин і зеаксантин) беруть участь у дисипації надлишкової енергії шляхом перетворення її в теплоту.

- Через свій колір каротиноїди роблять квіти і плоди видимими для запилення і розсіювання тваринами.

Phycobilins 

Фікобіліни являють собою пігменти, розчинні у воді і, отже, знаходяться в цитоплазмі або стромі хлоропласта. Вони зустрічаються тільки в ціанобактеріях і червоних водоростях (Rhodophyta).

Phycobilins не тільки важливі для організмів, які використовують їх для поглинання енергії світла, але вони також використовуються як засоби дослідження.

При дії сильних світлових сполук, таких як пікоціанін і фикоэритрин, вони поглинають енергію світла і вивільняють його, випускаючи флуоресценцію в дуже вузькому діапазоні довжин хвиль.

Світло, що продукується цією флуоресценцією, є настільки характерним і надійним, що фікобіліни можна використовувати як хімічні "мітки". Ці методи широко використовуються в дослідженні раку для "мічення" пухлинних клітин.

Список літератури

  1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Хімічні біомаркери в водних екосистемах (1-е изд.). Прінстонський університет.
  2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Біологія рослин рослин (8-е изд.). W. H. Freeman і видавці компанії.
  3. Goldberg, D. (2010). Біологія А. Баррона (3-е изд.). Barron's Educational Series, Inc.
  4. Нобель, Д. (2009). Фізико-хімічна та екологічна фізіологія рослин (4-е изд.). Elsevier Inc.
  5. Фотосинтетичні пігменти. Отримано з: ucmp.berkeley.edu
  6. Ренгер, Г. (2008). Первинні процеси фотосинтезу: принципи і апарати (Іл. Ред.) RSC Publishing.
  7. Соломон, Е., Берг, Л. і Мартін, Д. (2004). Біологія (7-е изд.) Cengage Learning.