Fotosintētiskie pigmentu raksturlielumi un galvenie veidi

The fotosintētiskie pigmenti tie ir ķīmiski savienojumi, kas absorbē un atspoguļo noteiktu redzamā gaismas viļņa garumu, kas padara tos izskatusus “krāsains”. Dažāda veida augiem, aļģēm un cianobaktērijām ir fotosintētiskie pigmenti, kas absorbē dažādos viļņu garumos un rada dažādas krāsas, galvenokārt zaļu, dzeltenu un sarkanu.

Šie pigmenti ir nepieciešami dažiem autotrofiskiem organismiem, piemēram, augiem, jo ​​tie palīdz viņiem izmantot plašu viļņu garumu diapazonu, lai ražotu pārtiku fotosintēzes procesā. Tā kā katrs pigments reaģē tikai ar dažiem viļņu garumiem, ir dažādi pigmenti, kas ļauj iegūt vairāk gaismas daudzumu (fotoni).

Indekss

• 1 Raksturojums
• 2 Fotosintētisko pigmentu veidi
  • 2.1. Hlorofīli
  • 2.2 Karotinoīdi
  • 2.3. Fikobilīni 
• 3 Atsauces

Funkcijas

Kā minēts iepriekš, fotosintētiskie pigmenti ir ķīmiski elementi, kas ir atbildīgi par vajadzīgās gaismas absorbēšanu, lai varētu radīt fotosintēzes procesu. Ar fotosintēzi Saules enerģija tiek pārveidota par ķīmisko enerģiju un cukuru.

Saules gaismu veido dažādi viļņa garumi, kuriem ir dažādas krāsas un enerģijas līmeņi. Ne visi viļņu garumi tiek izmantoti vienādi fotosintēzes procesā, tāpēc ir dažādi fotosintētisko pigmentu veidi.

Fotosintētiskie organismi satur pigmentus, kas absorbē tikai redzamās gaismas viļņu garumu un atspoguļo citus. Pigmenta absorbēto viļņu garumu kopums ir tā absorbcijas spektrs.

Pigments absorbē noteiktus viļņa garumus, un tie, kas neizmanto, tos atspoguļo; krāsa ir vienkārši gaisma, ko atspoguļo pigmenti. Piemēram, augi izskatās zaļi, jo tie satur daudzas hlorofila a un b molekulas, kas atspoguļo zaļo gaismu.

Fotosintētisko pigmentu veidi

Fotosintētiskos pigmentus var iedalīt trīs veidos: hlorofīli, karotinoīdi un phycobilins.

Hlorofīli

Hlorofīli ir zaļi fotosintēzes pigmenti, kas savā struktūrā satur porfirīna gredzenu. Tās ir stabilas, gredzenveida molekulas, kuru tuvumā elektroni var brīvi migrēt.

Tā kā elektroni brīvi pārvietojas, gredzenam ir potenciāls viegli iegūt vai pazaudēt elektronus, un tāpēc tam ir potenciāls nodrošināt enerģiju elektronus citiem molekulām. Tas ir būtisks process, kurā hlorofils "uzņem" saules gaismas enerģiju.

Hlorofilu veidi

Ir vairāki hlorofila veidi: a, b, c, d un e. No tiem tikai divi ir augstāko augu hloroplastos: hlorofils a un hlorofils b. Vissvarīgākais ir hlorofils "a", jo tas ir augos, aļģēs un fotosintēzes cianobaktērijās..

Hlorofils "a" ļauj fotosintēzi padarīt iespējamu, jo tā pārnes aktivētos elektronus uz citām molekulām, kas veidos cukurus..

Otrs klorofila veids ir hlorofils "b", kas atrodams tikai tā sauktajās zaļajās aļģēs un augos. No otras puses, hlorofils "c" atrodams tikai hromista grupas fotosintēzes dalībniekiem, tāpat kā dinoflagellates.

Atšķirības starp šo galveno grupu hlorofiliem bija viena no pirmajām pazīmēm, ka tās nebija tik cieši saistītas kā iepriekš.

Hlorofila "b" daudzums ir aptuveni ceturtā daļa no kopējā hlorofila satura. Savukārt hlorofils "a" ir atrodams visās fotosintēzes iekārtās, tāpēc to sauc par universālu fotosintētisko pigmentu. Viņi to sauc arī par primāro fotosintētisko pigmentu, jo tas veic primāro fotosintēzes reakciju.

No visiem pigmentiem, kas piedalās fotosintēzes procesā, hlorofilam ir būtiska nozīme. Šī iemesla dēļ pārējie fotosintētiskie pigmenti ir pazīstami kā aksesuāri pigmenti.

Papildu pigmentu izmantošana ļauj absorbēt plašāku viļņu garumu diapazonu, un tāpēc vairāk saules enerģijas uztver.

Karotinoīdi

Karotinoīdi ir vēl viena svarīga fotosintētisko pigmentu grupa. Tās absorbē violetu un zilo zaļu gaismu.

Karotinoīdi nodrošina spilgtas krāsas, kuras ir augļi; piemēram, tomātu sarkanā krāsā ir likopēna klātbūtne, kukurūzas sēklu dzeltenā krāsa izraisa zeaksantīnu, un apelsīna mizas apelsīns ir saistīts ar β-karotīnu.

Visi šie karotinoīdi ir svarīgi, lai piesaistītu dzīvniekus un veicinātu augu sēklu izkliedi.

Tāpat kā visi fotosintētiskie pigmenti, karotinoīdi palīdz uztvert gaismu, bet arī spēlē citu svarīgu lomu: noņemt lieko enerģiju no Saules.

Tādējādi, ja lapa saņem lielu enerģijas daudzumu un šī enerģija netiek izmantota, šis pārpalikums var sabojāt fotosintētiskās kompleksās molekulas. Karotinoīdi piedalās enerģijas pārpalikuma absorbēšanā un palīdz izkliedēt to siltuma veidā.

Karotinoīdi parasti ir sarkani, oranži vai dzelteni pigmenti, un tajos ir labi zināms karotīna savienojums, kas piešķir burkāniem krāsu. Šos savienojumus veido divi nelieli sešu oglekļa gredzeni, kas savienoti ar oglekļa atomu "ķēdi".

To molekulārās struktūras rezultātā tie neizšķīst ūdenī, bet saistās ar membrānām šūnas iekšienē.

Karotinoīdi nevar tieši izmantot gaismas enerģiju fotosintēzes veikšanai, bet jāpārsūta absorbētā enerģija hlorofilam. Šī iemesla dēļ tās tiek uzskatītas par papildu pigmentiem. Vēl viens piemērs ļoti redzamam pigmentam ir fukoksantīns, kas dod brūnu krāsu jūras aļģēm un diatomām.

Karotinoīdus var iedalīt divās grupās: karotinoīdus un ksantofilus.

Karotīni

Karotīni ir organiskie savienojumi, kas plaši izplatīti kā pigmenti augos un dzīvniekos. Tās vispārējā formula ir C40H56 un nesatur skābekli. Šie pigmenti ir nepiesātinātie ogļūdeņraži; tas nozīmē, ka viņiem ir daudz dubultās saites un pieder pie izoprenoīdu sērijas.

Augos karotīni ziediem (kliņģerīšiem), augļiem (ķirbjiem) un saknēm (burkāniem) piešķir dzeltenas, oranžas vai sarkanas krāsas. Dzīvniekiem tie ir redzami taukos (sviestā), olu dzeltenumos, spalvās (kanārijputniņos) un čaulās (omāri).

Visbiežāk sastopamais karotīns ir β-karotīns, kas ir A vitamīna prekursors un ko uzskata par ļoti svarīgu dzīvniekiem..

Ksantofīli

Ksantofilīdi ir dzelteni pigmenti, kuru molekulārā struktūra ir līdzīga karotinoīdu molekulai, bet atšķirībā no tā, ka tie satur skābekļa atomus. Daži piemēri ir: C40H56O (kriptoxantīns), C40H56O2 (luteīns, zeaksantīns) un C40H56O6, kas ir raksturīgs iepriekš minēto brūnu aļģu fukoksantīns..

Kopumā karotinoīdiem ir oranžāka krāsa nekā ksantofiliem. Gan karotinoīdi, gan ksantofīļi ir šķīstoši organiskos šķīdinātājos, piemēram, hloroformā, etilēterī. Karotīni ir vairāk šķīstoši oglekļa disulfīdā, salīdzinot ar ksantofiliem.

Karotinoīdu funkcijas

- Karotinoīdi darbojas kā papildu pigmenti. Absorbēt starojuma enerģiju redzamā spektra vidusdaļā un nododiet to hlorofilam.

- Tie aizsargā hloroplasta komponentus no skābekļa, kas rodas un atbrīvojas ūdens fotolīzes laikā. Karotinoīdi savāc šo skābekli caur divkāršajām saitēm un maina molekulāro struktūru līdz zemākas enerģijas stāvoklim (nekaitīgam)..

- Hlorofila ierosināta stāvoklis reaģē ar molekulāro skābekli, veidojot ļoti kaitīgu skābekļa stāvokli, ko sauc par singletu skābekli. Karotinoīdi to novērš, izslēdzot hlorofila ierosmes stāvokli.

- Trīs ksantofīli (vijolantīns, antheroksantīns un zeaksantīns) piedalās liekās enerģijas izkliedēšanā, pārveidojot to siltumā.

- Sakarā ar to krāsu, karotinoīdi ziedus un augļus padara redzamus putekšņošanai un dzīvnieku izkliedēšanai.

Phycobilins 

Fikobilīni ir ūdenī šķīstoši pigmenti, un tādēļ tie atrodami hloroplasta citoplazmā vai stromā. Tās rodas tikai zilaļģēs un sarkanajās aļģēs (\ tRhodophyta).

Fikobīni ir svarīgi ne tikai organismiem, kas tos izmanto, lai absorbētu gaismas enerģiju, bet arī tos izmanto kā pētniecības instrumentus.

Ja tie ir pakļauti intensīviem gaismas savienojumiem, piemēram, pikocianīnam un fikoeritrīnam, tie absorbē gaismas enerģiju un atbrīvo to, kas izstaro fluorescenci ļoti šaurā viļņu garuma diapazonā..

Šīs fluorescences radītā gaisma ir tik atšķirīga un uzticama, ka phycobilins var tikt izmantots kā ķīmiska "etiķete". Šīs metodes plaši izmanto vēža pētījumos, lai "marķētu" audzēja šūnas.

Atsauces

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Ķīmiskie biometri ūdens ekosistēmās (1. izdevums). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Augu bioloģiskā bioloģija (8. izdevums). W. H. Freemans un Uzņēmuma izdevēji.
3. Goldberg, D. (2010). Barrona AP bioloģija (3. izdevums). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobels, D. (2009). Fizikāli ķīmiskā un vides augu fizioloģija (4. izdevums). Elsevier Inc.
5. Fotosintētiskie pigmenti. Saturs iegūts no: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Fotosintēzes primārie procesi: principi un aparāti (IL ed.) RSC Publishing.
7. Solomons, E., Bergs, L. un Martin, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage Learning.