FOTOSINTETINIAI PIGMENTAI: CHARAKTERISTIKOS IR PAGRINDINIAI TIPAI - BIOLOGIJA - 2025

Į fotosintezės pigmentai yra cheminiai junginiai, kurie absorbuoja ir atspindi tam tikrus bangos ilgio regimosios šviesos, todėl juos pasirodyti "spalvinga". Įvairių rūšių augalai, dumbliai ir melsvadumbliai turi fotosintetinius pigmentus, kurie absorbuoja skirtingu bangos ilgiu ir sukuria skirtingas spalvas, daugiausia žalią, geltoną ir raudoną.

Šie pigmentai yra būtini kai kuriems autotrofiniams organizmams, pavyzdžiui, augalams, nes jie padeda jiems gauti platų bangų diapazoną, kad galėtų gaminti maistą fotosintezės metu. Kadangi kiekvienas pigmentas reaguoja tik su tam tikrais bangos ilgiais, yra skirtingų pigmentų, kurie leidžia užfiksuoti daugiau šviesos (fotonų).

charakteristikos

Kaip jau minėta, fotosintetiniai pigmentai yra cheminiai elementai, atsakingi už šviesos sugertį, kad vyktų fotosintezės procesas. Fotosintezės metu saulės energija virsta chemine energija ir cukrumi.

Saulės šviesa yra sudaryta iš skirtingų bangų ilgių, kurie turi skirtingas spalvas ir energijos lygį. Ne visi bangos ilgiai yra vienodai naudojami fotosintezėje, todėl yra skirtingų tipų fotosintetiniai pigmentai.

Fotosintetiniuose organizmuose yra pigmentų, kurie sugeria tik matomos šviesos bangos ilgį ir atspindi kitus. Bangos ilgių, kuriuos sugeria pigmentas, rinkinys yra jo absorbcijos spektras.

Pigmentas sugeria tam tikrus bangų ilgius, o tie, kurių jis nesugeria, atsispindi; spalva yra tik pigmentų atspindima šviesa. Pavyzdžiui, augalai atrodo žali, nes juose yra daug chlorofilo molekulių a ir b, kurie atspindi žalią šviesą.

Fotosintetinių pigmentų rūšys

Fotosintetinius pigmentus galima suskirstyti į tris tipus: chlorofilus, karotenoidus ir fikobilinus.

Chlorofilai

Chlorofilai yra žali fotosintetiniai pigmentai, kurių struktūroje yra porfirino žiedas. Jie yra stabilios žiedo formos molekulės, aplink kurias elektronai gali laisvai migruoti.

Kadangi elektronai juda laisvai, žiedas turi galimybę lengvai įgyti ar prarasti elektronus, todėl jis gali aprūpinti energiją energija gaunančius elektronus kitoms molekulėms. Tai yra pagrindinis procesas, kurio metu chlorofilas „sugauna“ saulės spindulių energiją.

Chlorofilų tipai

Yra keli chlorofilo tipai: a, b, c, d ir e. Iš jų tik du yra aukštesnių augalų chloroplastuose: chlorofilo a ir chlorofilo b. Svarbiausias yra chlorofilo „a“, nes jo yra augaluose, dumbliuose ir fotosintetinėse melsvabakterėse.

Chlorofilas „a“ įgalina fotosintezę perkeldamas savo aktyvuotus elektronus į kitas molekules, kurios sudarys cukrų.

Antrasis chlorofilo tipas yra chlorofilas „b“, kuris randamas tik vadinamuosiuose žaliuosiuose dumbliuose ir augaluose. Savo ruožtu chlorofilas „c“ randamas tik chromista grupės fotosintetiniuose nariuose, tokiuose kaip dinoflagellates.

Šių pagrindinių grupių chlorofilų skirtumai buvo vienas iš pirmųjų požymių, kad jie nebuvo tokie glaudžiai susiję, kaip manyta anksčiau.

Chlorofilo „b“ kiekis yra apie ketvirtadalį bendro chlorofilo kiekio. Savo ruožtu chlorofilas „a“ randamas visuose fotosintetiniuose augaluose, todėl jis vadinamas visuotiniu fotosintetiniu pigmentu. Jis taip pat vadinamas pirminiu fotosintetiniu pigmentu, nes jis vykdo pirminę fotosintezės reakciją.

Iš visų pigmentų, kurie dalyvauja fotosintezėje, pagrindinį vaidmenį vaidina chlorofilas. Dėl šios priežasties likę fotosintetiniai pigmentai yra žinomi kaip priedai.

Papildomų pigmentų naudojimas leidžia absorbuoti įvairesnį bangų ilgį ir todėl sukaupti daugiau saulės spindulių energijos.

Karotinoidai

Karotenoidai yra dar viena svarbi fotosintetinių pigmentų grupė. Jie sugeria violetinę ir mėlynai žalią šviesą.

Karotinoidai suteikia ryškias spalvas, kurias suteikia vaisiai; Pvz., Raudonas pomidoruose atsiranda dėl likopeno, geltonumą kukurūzų sėklose sukelia zeaksantinas, o apelsiną apelsinų žievelėse - dėl β-karotino.

Visi šie karotinoidai yra svarbūs pritraukiant gyvūnus ir skatinant augalų sėklų pasiskirstymą.

Kaip ir visi fotosintetiniai pigmentai, karotinoidai padeda užfiksuoti šviesą, tačiau jie atlieka ir kitą svarbią funkciją: pašalina saulės perteklių.

Taigi, jei lapas gauna daug energijos ir ši energija nenaudojama, šis perteklius gali pažeisti fotosintetinio komplekso molekules. Karotinoidai sugeria energijos perteklių ir padeda ją išsklaidyti kaip šilumą.

Karotinoidai paprastai yra raudoni, oranžiniai arba geltoni pigmentai ir apima gerai žinomą karotino junginį, kuris morkoms suteikia jų spalvą. Šie junginiai yra sudaryti iš dviejų mažų šešių anglies žiedų, sujungtų anglies atomų „grandine“.

Dėl savo molekulinės struktūros jie netirpsta vandenyje, o jungiasi prie ląstelės membranų.

Karotinoidai negali tiesiogiai panaudoti šviesos energijos fotosintezei, tačiau turi absorbuotą energiją pernešti į chlorofilą. Dėl šios priežasties jie laikomi papildomais pigmentais. Kitas gerai matomo priedinio pigmento pavyzdys yra fukoksantinas, kuris suteikia jūros dumbliams ir diatomoms jų rudą spalvą.

Karotinoidus galima suskirstyti į dvi grupes: karotinus ir ksantofilus.

Karotinai

Karotinai yra organiniai junginiai, plačiai paplitę kaip pigmentai augaluose ir gyvūnuose. Jų bendroji formulė yra C40H56 ir juose nėra deguonies. Šie pigmentai yra nesočiųjų angliavandenilių; tai yra, jie turi daug dvigubų jungčių ir priklauso izoprenoidų serijai.

Augaluose karotinai gėlėms (medetkai), vaisiams (moliūgui) ir šaknims (morkoms) suteikia geltoną, oranžinę arba raudoną spalvas. Gyvūnuose jie matomi riebaluose (svieste), kiaušinių tryniuose, plunksnose (kanarėlės) ir kriauklėse (omaruose).

Dažniausias karotinas yra β-karotinas, kuris yra vitamino A pirmtakas ir laikomas labai svarbiu gyvūnams.

Ksantofilai

Ksantofilai yra geltoni pigmentai, kurių molekulinė struktūra yra panaši į karotinų, tačiau skiriasi tuo, kad juose yra deguonies atomų. Keli pavyzdžiai: C40H56O (kriptoksantinas), C40H56O2 (liuteinas, zeaksantinas) ir C40H56O6, kuris yra būdingas aukščiau minėtų rudųjų dumblių fuksoksantinas.

Karotinai dažniausiai būna oranžinės spalvos nei ksantofilai. Karotinai ir ksantofilai yra tirpūs organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip chloroformas, etilo eteris ir kt. Karotinai geriau tirpsta anglies disulfide, palyginti su ksantofilais.

Karotinoidų funkcijos

- Karotinoidai veikia kaip papildomi pigmentai. Jie sugeria spinduliavimo energiją viduryje matomo spektro srities ir perkelia ją į chlorofilą.

- Jie apsaugo chloroplasto komponentus nuo deguonies, susidarančio ir išleidžiamo vandens fotolizės metu. Karotinoidai pasiima šį deguonį per dvigubus ryšius ir keičia savo molekulinę struktūrą į mažesnės energijos (nekenksmingą) būseną.

- Susijaudinusi chlorofilo būsena reaguoja su molekuliniu deguonimi, sudarydama labai kenksmingą deguonies būseną, vadinamą pavieniu deguonimi. Karotinoidai to užkerta kelią išjungdami sužadintą chlorofilo būseną.

- Trys ksantofilai (violoksantinas, antheroksantinas ir zeaksantinas) dalyvauja perteklinės energijos išsisklaidyme paversdami ją šiluma.

- Dėl savo spalvos karotenoidai daro gėles ir vaisius matomus apdulkinant ir pasklindant gyvūnams.

Fykobilinai

Fykobilinai yra vandenyje tirpūs pigmentai, todėl randami chloroplasto citoplazmoje ar stromoje. Jie atsiranda tik melsvabakterėse ir raudonuosiuose dumbliuose (Rhodophyta).

Fykobilinai yra svarbūs ne tik organizmams, kurie juos naudoja šviesos energijai absorbuoti, bet ir naudojami kaip tyrimų įrankiai.

Kai junginiai, tokie kaip pikocianinas ir fikoeritrinas, yra veikiami intensyvios šviesos, jie sugeria šviesos energiją ir ją išskiria, skleidžiant fluorescenciją labai siauruose bangų ilgių diapazonuose.

Šios fluorescencijos sukuriama šviesa yra tokia išskirtinė ir patikima, kad fikobilinus galima naudoti kaip cheminius „žymenis“. Šie metodai yra plačiai naudojami atliekant vėžio tyrimus, siekiant žymėti navikines ląsteles.

Nuorodos

1. Bianchi, T. ir Canuel, E. (2011). Cheminiai biomarkeriai vandens ekosistemose (1-asis leidimas). Prinstono universiteto leidykla.
2. Evertas, R. ir Eichhornas, S. (2013). Avinų augalų biologija (8-asis leidimas). WH Freeman ir įmonės leidėjai.
3. Goldbergas, D. (2010). Barrono AP biologija (3-asis leidimas). „Barron's Educational Series, Inc.“
4. Nobelis, D. (2009). Fizikinė ir cheminė augalų aplinkos fiziologija (4-asis leidimas). „Elsevier Inc.“
5. Fotosintetiniai pigmentai. Atgauta iš: ucmp.berkeley.edu
6. Rengeris, G. (2008). Pirminiai fotosintezės procesai: principai ir aparatai (IL. Red.) RSC leidyba.
7. Saliamonas, E., Bergas, L. ir Martinas, D. (2004). Biologija (7-asis leidimas) Cengage mokymasis.