FOTOSINTĒTISKIE PIGMENTI: RAKSTURLIELUMI UN GALVENIE VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

Ar fotosintēzes pigmenti ir ķīmiski savienojumi, kas absorbē un atspoguļo noteiktus viļņa garumu redzamās gaismas, kas padara tās parādās "krāsains". Dažādiem augu, aļģu un zilaļģu veidiem ir fotosintētiski pigmenti, kas absorbējas 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 plaša spektra viļņu garumus, lai ražotu pārtiku fotosintēzē. Tā kā katrs pigments reaģē tikai ar dažiem viļņu garumiem, ir dažādi pigmenti, kas ļauj uztvert vairāk gaismas (fotoni).

raksturojums

Kā jau minēts iepriekš, fotosintētiskie pigmenti ir ķīmiski elementi, kas ir atbildīgi par gaismas absorbciju, kas nepieciešama fotosintēzes procesa norisei. Fotosintēzes laikā Saules enerģija tiek pārveidota ķīmiskajā enerģijā un cukuros.

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

Fotosintētiskie organismi satur pigmentus, kas absorbē tikai redzamās gaismas viļņu garumus un atspoguļo citus. Viļņu garumu kopa, ko absorbē pigments, ir tā absorbcijas spektrs.

Pigments absorbē noteiktus viļņu garumus, un tie, kurus tas neuzsūc, tiek atspoguļoti; krāsa ir tikai gaisma, ko atspoguļo pigmenti. Piemēram, augi parādās zaļi, jo satur daudzas hlorofila molekulas a un b, kas atspoguļo zaļo gaismu.

Fotosintētisko pigmentu veidi

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

Hlorofīli

Hlorofīli ir zaļi fotosintētiski pigmenti, kuru struktūrā ir porfirīna gredzens. Tās ir stabilas gredzena formas molekulas, ap kurām elektroni var brīvi migrēt.

Tā kā elektroni pārvietojas brīvi, gredzenam ir potenciāls viegli iegūt vai pazaudēt elektronus, un tāpēc tam ir potenciāls nodrošināt elektrotus ar enerģiju citām molekulām. Šis ir pamata process, kura laikā hlorofils "uztver" saules gaismas enerģiju.

Hlorofilu veidi

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

Hlorofils "a" padara iespējamu fotosintēzi, pārnesot tā aktivizētos elektronus uz citām molekulām, kas veidos cukurus.

Otrs hlorofila tips ir hlorofils "b", kas atrodams tikai tā saucamajās zaļajās aļģēs un augos. Savukārt hlorofils "c" ir atrodams tikai hromista grupas fotosintēzes locekļos, piemēram, dinoflagellates.

Hlorofilu atšķirības šajās galvenajās grupās bija viena no pirmajām pazīmēm, ka tie nav tik cieši saistīti, kā tika uzskatīts iepriekš.

Hlorofila "b" daudzums ir apmēram ceturtā daļa no kopējā hlorofila satura. Savukārt hlorofils "a" ir atrodams visos fotosintētiskajos augos, tāpēc to sauc par universālo fotosintētisko pigmentu. To sauc arī par primāro fotosintētisko pigmentu, jo tas veic fotosintēzes primāro reakciju.

No visiem pigmentiem, kas piedalās fotosintēzē, hlorofilam ir galvenā loma. Šī iemesla dēļ pārējie fotosintētiskie pigmenti ir pazīstami kā papildu pigmenti.

Papildu pigmentu izmantošana ļauj tam absorbēt plašāku viļņu garumu diapazonu un tāpēc sagūstīt vairāk enerģijas no saules gaismas.

Karotinoīdi

Karotinoīdi ir vēl viena svarīga fotosintētisko pigmentu grupa. Tie absorbē violetu un zili zaļu gaismu.

Karotinoīdi nodrošina košās krāsas, kuras satur augļi; Piemēram, sarkanais tomāts ir saistīts ar likopēna klātbūtni, dzelteno kukurūzas sēklās izraisa zeaksantīns, bet apelsīnu apelsīna mizās - β-karotīna dēļ.

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

Tāpat kā visi fotosintētiskie pigmenti, karotinoīdi palīdz uztvert gaismu, bet tie pilda arī citu svarīgu funkciju: novērš lieko enerģiju no Saules.

Tādējādi, ja lapa saņem lielu daudzumu enerģijas un šī enerģija netiek izmantota, šis pārpalikums var sabojāt fotosintētiskā kompleksa molekulas. Karotinoīdi ir iesaistīti liekās enerģijas absorbēšanā un palīdz to izkliedēt kā siltumu.

Karotinoīdi parasti ir sarkani, oranži vai dzelteni pigmenti, un tajos ietilpst plaši pazīstamais karotīna savienojums, kas burkāniem piešķir to krāsu. Šie savienojumi sastāv no diviem maziem sešu oglekļa gredzenu, kas savienoti ar oglekļa atomu "ķēdi".

Molekulārās struktūras rezultātā tie neizšķīst ūdenī, bet gan saistās ar šūnā esošajām membrānām.

Karotinoīdi nevar tieši izmantot gaismas enerģiju fotosintēzei, bet absorbētā enerģija jāpārnes uz hlorofilu. Šī iemesla dēļ tos uzskata par papildu pigmentiem. Vēl viens labi saskatāma pigmenta piemērs ir fuksoksantīns, kas jūras aļģēm un diatomām piešķir to brūno krāsu.

Karotinoīdus var iedalīt divās grupās: karotīni un ksantofīli.

Karotīni

Karotīni ir organiski savienojumi, kas plaši izplatīti kā pigmenti augos un dzīvniekos. Viņu vispārējā formula ir C40H56, un tie nesatur skābekli. Šie pigmenti ir nepiesātināti ogļūdeņraži; tas ir, viņiem ir daudz dubulto saišu un tie pieder pie izoprenoīdu sērijām.

Augos karotīni ziediem (kliņģerīšiem), augļiem (ķirbi) un saknēm (burkāniem) piešķir dzeltenu, oranžu vai sarkanu krāsu. Dzīvniekiem tie ir redzami taukos (sviestā), olu dzeltenumos, spalvās (kanārijputniņos) un čaumalās (omārā).

Visbiežākais karotīns ir β-karotīns, kas ir A vitamīna priekštecis un tiek uzskatīts par ļoti svarīgu dzīvniekiem.

Ksantofīli

Ksantofīli ir dzelteni pigmenti, kuru molekulārā struktūra ir līdzīga karotīniem, bet ar atšķirību, ka tie satur skābekļa atomus. Daži piemēri ir: C40H56O (kriptoksantīns), C40H56O2 (luteīns, zeaksantīns) un C40H56O6, kas ir raksturīgais iepriekšminēto brūno aļģu fuksoksantīns.

Karotīniem parasti ir vairāk oranžas krāsas nekā ksantofiliem. Gan karotīni, gan ksantofīli cita starpā šķīst organiskos šķīdinātājos, piemēram, hloroformā, etilēterī. Karotīni vairāk šķīst oglekļa disulfīdā, salīdzinot ar ksantofiliem.

Karotinoīdu funkcijas

- karotinoīdi darbojas kā papildu pigmenti. Viņi absorbē izstarojošo enerģiju redzamā spektra vidējā reģionā un pārnes to uz hlorofilu.

- Tie aizsargā hloroplasta komponentus no skābekļa, kas rodas un izdalās ūdens fotolīzes laikā. Karotinoīdi uzņem šo skābekli caur divkāršajām saitēm un maina to molekulāro struktūru zemākas enerģijas (nekaitīgā) stāvoklī.

- Uzbudinātais hlorofila stāvoklis reaģē ar molekulāro skābekli, veidojot ļoti kaitīgu skābekļa stāvokli, ko sauc par vienreizējo skābekli. Karotinoīdi to novērš, izslēdzot uzbudinātu hlorofila stāvokli.

- Trīs ksantofīli (violoksantīns, antheksantīns un zeaksantīns) piedalās liekās enerģijas izkliedēšanā, pārvēršot to siltumā.

- Karotinoīdi krāsas dēļ padara ziedus un augļus pamanāmus apputeksnēšanai un izplatīšanai dzīvniekiem.

Phycobilins

Fykobilīni ir ūdenī šķīstoši pigmenti, tāpēc tie ir atrodami hloroplasta citoplazmā vai stromā. Tie sastopami tikai zilaļģēs un sarkanajās aļģēs (Rhodophyta).

Fykobilīni ir ne tikai svarīgi organismiem, kuri tos izmanto, lai absorbētu enerģiju no gaismas, bet arī izmanto kā pētniecības instrumentus.

Kad savienojumi, piemēram, pikocianīns un fikoeritrīns, tiek pakļauti intensīvai gaismai, tie absorbē gaismas enerģiju un atbrīvo to, izstarojot fluorescenci ļoti šaurā viļņu garuma diapazonā.

Gaisma, ko rada šī fluorescence, ir tik atšķirīga un uzticama, ka fitobilīnus var izmantot kā ķīmiskus "tagus". Šīs metodes plaši izmanto vēža izpētē, lai "marķētu" audzēja šūnas.

Atsauces

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Ķīmiskie biomarķieri ūdens ekosistēmās (1. red.). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Augu kraukļu bioloģija (8. izdevums). WH Freeman un uzņēmuma izdevēji.
3. Goldbergs, D. (2010). Barrona AP bioloģija (3. izdevums). Barrona izglītības sērija, Inc.
4. Nobela, D. (2009). Augu fizikāli ķīmiskā un vides fizioloģija (4. izdevums). Elsevier Inc.
5. Fotosintētiskie pigmenti. Atgūts no: ucmp.berkeley.edu
6. Rengers, G. (2008). Primārie fotosintēzes procesi: principi un aparāti (IL. Red.) RSC izdevniecība.
7. Zālamans, E., Bergs, L. un Martins, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage mācīšanās.