Charakteristiky fotosyntetických pigmentů a hlavní typy



fotosyntetické pigmenty jsou to chemické sloučeniny, které absorbují a odrážejí určité vlnové délky viditelného světla, což je činí „barevnými“. Různé druhy rostlin, řas a sinic mají fotosyntetické pigmenty, které absorbují na různých vlnových délkách a generují různé barvy, především zelené, žluté a červené..

Tyto pigmenty jsou nezbytné pro některé autotrofní organismy, jako jsou rostliny, protože jim pomáhají využívat širokého spektra vlnových délek k produkci potravin ve fotosyntéze. Jak každý pigment reaguje jen s některými vlnovými délkami, tam jsou různé pigmenty, které dovolí zachytit více množství světla (fotons) \ t.

Index

  • 1 Charakteristika
  • 2 Typy fotosyntetických pigmentů
    • 2.1 Chlorofyly
    • 2.2 Karotenoidy
    • 2.3 Fykobiliny 
  • 3 Odkazy

Vlastnosti

Jak bylo uvedeno výše, fotosyntetické pigmenty jsou chemické prvky, které jsou zodpovědné za vstřebávání potřebného světla, takže může být generován proces fotosyntézy. Prostřednictvím fotosyntézy se energie Slunce přemění na chemickou energii a cukry.

Sluneční světlo se skládá z různých vlnových délek, které mají různé barvy a úrovně energie. Ne všechny vlnové délky se používají ve fotosyntéze stejně, proto existují různé typy fotosyntetických pigmentů.

Fotosyntetické organismy obsahují pigmenty, které absorbují pouze vlnové délky viditelného světla a odrážejí ostatní. Množství vlnových délek absorbovaných pigmentem je jeho absorpční spektrum.

Pigment absorbuje určité vlnové délky a ty, které neabsorbují, je odrážejí; barva je prostě světlo odražené pigmenty. Například rostliny vypadají zeleně, protože obsahují mnoho molekul chlorofylu a a b, které odrážejí zelené světlo.

Typy fotosyntetických pigmentů

Fotosyntetické pigmenty lze rozdělit do tří typů: chlorofyly, karotenoidy a fykobiliny..

Chlorofyly

Chlorofyly jsou zelené fotosyntetické pigmenty, které ve své struktuře obsahují porfyrinový kruh. Jsou to stabilní, prstencovité molekuly, kolem kterých se mohou volně pohybovat elektrony.

Protože se elektrony volně pohybují, kruh má potenciál získat nebo ztratit elektrony snadno, a proto má potenciál poskytnout elektronům pod napětím jiné molekuly. Toto je základní proces, kterým chlorofyl "zachycuje" energii slunečního světla.

Typy chlorofylů

Existuje několik typů chlorofylu: a, b, c, d a e. Z nich pouze dva se nacházejí v chloroplastech vyšších rostlin: chlorofyl a a chlorofyl b. Nejdůležitější je chlorofyl "a", jak je přítomen v rostlinách, řasách a fotosyntetických cyanobakteriích.

Chlorofyl "a" umožňuje fotosyntézu, protože přenáší aktivované elektrony na jiné molekuly, které budou tvořit cukry.

Druhým typem chlorofylu je chlorofyl "b", který se nachází pouze v tzv. Zelených řasách a rostlinách. Na druhé straně, chlorofyl "c" se nachází pouze ve fotosyntetických členech chromistické skupiny, jako u dinoflagelátů.

Rozdíly mezi chlorofyly těchto hlavních skupin byly jedním z prvních příznaků, že nebyly tak úzce příbuzné, jak se dříve myslelo.

Množství chlorofylu "b" je asi čtvrtina celkového obsahu chlorofylu. Chlorofyl "a" se nachází ve všech fotosyntetických rostlinách, proto se nazývá univerzální fotosyntetický pigment. Nazývají to také primární fotosyntetický pigment, protože provádí primární reakci fotosyntézy.

Ze všech pigmentů, které se účastní fotosyntézy, hraje zásadní roli chlorofyl. Z tohoto důvodu jsou zbytky fotosyntetických pigmentů známé jako doplňkové pigmenty.

Použití pigmentů s příslušenstvím umožňuje absorbovat širší spektrum vlnových délek, a proto zachytí více energie ze slunečního světla.

Karotenoidy

Další důležitou skupinou fotosyntetických pigmentů jsou karotenoidy. Tyto absorbují fialové a modrozelené světlo.

Karotenoidy poskytují jasné barvy, které ovoce obsahuje; například, rajská červená je kvůli přítomnosti lykopene, žlutá semena kukuřice je způsobena zeaxanthin, a pomeranč pomerančové kůry je kvůli β-karoten \ t.

Všechny tyto karotenoidy jsou důležité pro přilákání zvířat a podporu rozptýlení semen rostliny.

Stejně jako všechny fotosyntetické pigmenty, karotenoidy pomáhají zachytit světlo, ale také hrají další důležitou roli: odstranit přebytečnou energii ze Slunce.

Pokud tedy list dostane velké množství energie a tato energie se nepoužívá, může tento přebytek poškodit molekuly komplexu fotosyntetických komplexů. Karotenoidy se podílejí na absorpci přebytečné energie a pomáhají ji rozptýlit ve formě tepla.

Karotenoidy jsou obvykle červené, oranžové nebo žluté pigmenty a zahrnují dobře známou karotenovou sloučeninu, která dodává barvu mrkvi. Tyto sloučeniny jsou tvořeny dvěma malými kruhy šesti uhlíků spojenými "řetězcem" atomů uhlíku.

V důsledku jejich molekulární struktury se nerozpouští ve vodě, ale místo toho se váže na membrány uvnitř buňky.

Karotenoidy nemohou přímo využít energii světla pro fotosyntézu, ale musí přenášet energii absorbovanou na chlorofyl. Z tohoto důvodu jsou považovány za doplňkové pigmenty. Dalším příkladem vysoce viditelného pomocného pigmentu je fukoxanthin, který dává hnědou barvu řasám a rozsivkám.

Karotenoidy lze rozdělit do dvou skupin: karotenoidy a xantofyly.

Karoteny

Karoteny jsou organické sloučeniny široce distribuované jako pigmenty v rostlinách a zvířatech. Jeho obecný vzorec je C40H56 a neobsahuje kyslík. Tyto pigmenty jsou nenasycené uhlovodíky; to znamená, že mají mnoho dvojných vazeb a patří do řady isoprenoidů.

V rostlinách, karoteny dodávají žluté, oranžové nebo červené barvy květin (měsíčku), ovoce (dýně) a kořeny (mrkev). U zvířat jsou viditelné v tucích (máslo), žloutcích, peřích (kanárkách) a mušlích (humřích).

Nejběžnějším karotenem je β-karoten, který je prekurzorem vitaminu A a je považován za velmi důležitý pro zvířata..

Xantofyly

Xantofyly jsou žluté pigmenty, jejichž molekulová struktura je podobná struktuře karotenoidů, ale s tím rozdílem, že obsahují atomy kyslíku. Některé příklady jsou: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) a C40H56O6, což je charakteristický fukoxanthin hnědých řas uvedených výše.

Obecně platí, že karotenoidy mají více oranžovou barvu než xantofyly. Karotenoidy i xantofyly jsou rozpustné mimo jiné v organických rozpouštědlech, jako je chloroform, ethylether. Karoteny jsou rozpustnější v sirovodíku ve srovnání s xantofyly.

Funkce karotenoidů

- Karotenoidy fungují jako doplňkové pigmenty. Absorbujte sálavou energii ve střední oblasti viditelného spektra a přeneste ji na chlorofyl.

- Chrání chloroplastové složky před kyslíkem generovaným a uvolněným během fotolýzy vody. Karotenoidy shromažďují tento kyslík svými dvojnými vazbami a mění svou molekulární strukturu do stavu nižší energie (neškodné).

- Excitovaný stav chlorofylu reaguje s molekulárním kyslíkem a vytváří vysoce škodlivý kyslík, který se nazývá singletový kyslík. Karotenoidy tomu zabraňují vypnutím excitačního stavu chlorofylu.

- Tři xantofyly (violoxanthin, antheroxanthin a zeaxanthin) se podílejí na rozptýlení přebytečné energie přeměnou na teplo.

- Kvůli jejich barvě, karotenoids dělají květiny a ovoce viditelný pro opylování a rozptýlení zvířaty.

Phycobilins 

Fykobiliny jsou pigmenty rozpustné ve vodě, a proto se nacházejí v cytoplazmě nebo stromatu chloroplastu. Vyskytují se pouze u sinic a červených řas (Rhodophyta).

Fykobiliny nejsou důležité pouze pro organismy, které je využívají k absorpci energie světla, ale používají se také jako výzkumné nástroje.

Když jsou vystaveni intenzivním světelným sloučeninám, jako je pykokyanin a fykoerythrin, absorbují energii světla a uvolňují jej emitující fluorescenci ve velmi úzkém rozsahu vlnových délek..

Světlo vytvořené touto fluorescencí je tak výrazné a spolehlivé, že fykobiliny mohou být použity jako chemické "štítky". Tyto techniky jsou široce používány ve výzkumu rakoviny pro "značení" nádorových buněk.

Odkazy

  1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemické biomarkery ve vodních ekosystémech (1. vydání). Princeton University Press.
  2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Havranská biologie rostlin (8. vydání). W. H. Freeman a Company Publishers.
  3. Goldberg, D. (2010). Barronova AP biologie (3. vydání). Barron je vzdělávací série, Inc.
  4. Nobel, D. (2009). Fyzikálně-chemická a environmentální fyziologie rostlin (4. vydání). Elsevier Inc.
  5. Fotosyntetické pigmenty. Zdroj: ucmp.berkeley.edu
  6. Renger, G. (2008). Základní procesy fotosyntézy: Principy a přístroje (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.