PIGMENȚI FOTOSINTETICI: CARACTERISTICI ȘI TIPURI PRINCIPALE - BIOLOGIE - 2025

De Pigmenții fotosintetice sunt compuși chimici care absorb și reflectă anumite lungimi de undă ale luminii vizibile, ceea ce face ca ele să apară „colorat“. Diferite tipuri de plante, alge și cianobacterii au pigmenți fotosintetici, care se absorb la lungimi de undă diferite și generează culori diferite, în principal verde, galben și roșu.

Acești pigmenți sunt necesari pentru unele organisme autotrofe, cum ar fi plantele, deoarece le ajută să profite de o gamă largă de lungimi de undă pentru a-și produce hrana în fotosinteză. Deoarece fiecare pigment reacționează doar cu unele lungimi de undă, există diferite pigmenți care permit captarea mai multor lumină (fotoni).

caracteristici

Așa cum am menționat anterior, pigmenții fotosintetici sunt elemente chimice care sunt responsabile de absorbția luminii necesare procesului de fotosinteză. Prin fotosinteză, energia de la Soare este transformată în energie chimică și zaharuri.

Lumina soarelui este alcătuită din diferite lungimi de undă, care au culori și niveluri de energie diferite. Nu toate lungimile de undă sunt utilizate în mod egal în fotosinteză, motiv pentru care există diferite tipuri de pigmenți fotosintetici.

Organismele fotosintetice conțin pigmenți care absorb numai lungimile de undă ale luminii vizibile și îi reflectă pe ceilalți. Setul de lungimi de undă absorbite de un pigment este spectrul său de absorbție.

Un pigment absoarbe anumite lungimi de undă, iar cele pe care nu le absoarbe sunt reflectate; culoarea este pur și simplu lumina reflectată de pigmenți. De exemplu, plantele par verzi, deoarece conțin multe molecule de clorofilă a și b, care reflectă lumina verde.

Tipuri de pigmenți fotosintetici

Pigmenții fotosintetici pot fi împărțiți în trei tipuri: clorofile, carotenoide și fitobine.

Clorofila

Clorofilele sunt pigmenți fotosintetici verzi care conțin un inel de porfirină în structura lor. Sunt molecule stabile în formă de inel în jurul cărora electronii sunt liberi să migreze.

Deoarece electronii se mișcă liber, inelul are potențialul de a câștiga sau de a pierde electroni cu ușurință și, prin urmare, are potențialul de a furniza electroni energizați altor molecule. Acesta este procesul fundamental prin care clorofila „captează” energia din lumina soarelui.

Tipuri de clorofile

Există mai multe tipuri de clorofilă: a, b, c, d și e. Dintre acestea, doar două se găsesc în cloroplastele plantelor superioare: clorofila a și clorofila b. Cea mai importantă este clorofila "a", deoarece este prezentă în plante, alge și cianobacterii fotosintetice.

Clorofila "a" face fotosinteza posibilă prin transferul electronilor activi către alte molecule care vor face zaharuri.

Un al doilea tip de clorofilă este clorofila "b", care se găsește doar în așa-numitele alge și plante verzi. La rândul său, clorofila "c" se găsește doar în membrii fotosintetici ai grupului cromista, cum ar fi dinoflagelatele.

Diferențele dintre clorofilele din aceste grupuri majore a fost unul dintre primele semne că nu au fost atât de strâns legate cum s-a crezut anterior.

Cantitatea de clorofilă "b" este de aproximativ un sfert din conținutul total de clorofilă. La rândul său, clorofila "a" se găsește în toate plantele fotosintetice, motiv pentru care se numește pigment fotosintetic universal. Se mai numește pigment fotosintetic primar, deoarece realizează reacția primară a fotosintezei.

Dintre toți pigmenții care participă la fotosinteză, clorofila joacă un rol fundamental. Din acest motiv, restul de pigmenți fotosintetici sunt cunoscuți sub numele de pigmenți accesorii.

Utilizarea pigmenților accesorii îi permite să absoarbă o gamă mai largă de lungimi de undă și, prin urmare, să capteze mai multă energie de la lumina soarelui.

Carotenoidele

Carotenoizii sunt un alt grup important de pigmenți fotosintetici. Acestea absorb lumina violetă și albastru-verde.

Carotenoizii asigură culorile strălucitoare pe care le prezintă fructele; De exemplu, roșul în roșii se datorează prezenței licopenului, galbenul în semințele de porumb este cauzat de zeaxantină, iar portocala în coji de portocală se datorează β-carotenului.

Toate aceste carotenoide sunt importante pentru atragerea animalelor și promovarea dispersiei semințelor plantei.

Ca toate pigmenții fotosintetici, carotenoizii ajută la captarea luminii, dar servesc și o altă funcție importantă: eliminarea excesului de energie de la Soare.

Astfel, dacă o frunză primește o cantitate mare de energie și această energie nu este utilizată, acest exces poate deteriora moleculele complexului fotosintetic. Carotenoizii sunt implicați în absorbția excesului de energie și contribuind la disiparea acesteia sub formă de căldură.

Carotenoizii sunt în general pigmenți de culoare roșie, portocalie sau galbenă și includ binecunoscutul caroten compus, care conferă morcovilor culoarea lor. Acești compuși sunt alcătuiți din două inele mici de șase carbon conectate de un „lanț” de atomi de carbon.

Ca urmare a structurii lor moleculare, acestea nu se dizolvă în apă, ci se leagă de membranele din interiorul celulei.

Carotenoizii nu pot folosi direct energia luminii pentru fotosinteză, dar trebuie să transfere energia absorbită în clorofilă. Din acest motiv, sunt considerați pigmenți accesorii. Un alt exemplu de pigment accesoriu vizibil este fucoxantina, care conferă algelor marine și diatomelor culoarea lor maro.

Carotenoizii pot fi clasificați în două grupe: caroteni și xantofile.

Carotenii

Carotenii sunt compuși organici distribuți pe scară largă ca pigmenți în plante și animale. Formula lor generală este C40H56 și nu conțin oxigen. Acești pigmenți sunt hidrocarburi nesaturați; adică au multe legături duble și aparțin seriei izoprenoide.

În plante, carotenii conferă culori galbene, portocalii sau roșii florilor (calendula), fructelor (dovleacului) și rădăcinilor (morcovului). La animale sunt vizibile în grăsimi (unt), gălbenușuri de ou, pene (canare) și scoici (homar).

Cel mai frecvent caroten este β-carotenul, care este precursorul vitaminei A și este considerat foarte important pentru animale.

xantofile

Xantofilele sunt pigmenți galbeni a căror structură moleculară este similară cu cea a carotenilor, dar cu diferența că conțin atomi de oxigen. Câteva exemple sunt: ​​C40H56O (criptoxantină), C40H56O2 (luteină, zeaxantină) și C40H56O6, care este fucoxantina caracteristică a algelor brune menționate mai sus.

Carotenii au, în general, o culoare mai portocalie decât xantofilele. Atât carotenii cât și xantofilele sunt solubile în solvenți organici, cum ar fi cloroformul, eterul etilic, printre alții. Carotenii sunt mai solubili în disulfura de carbon comparativ cu xantofilele.

Funcțiile carotenoidelor

- Carotenoizii funcționează ca pigmenți accesorii. Ei absorb energia radiantă în regiunea mijlocie a spectrului vizibil și o transferă în clorofilă.

- Protejează componentele cloroplastului de oxigenul generat și eliberat în timpul fotolizei apei. Carotenoizii capătă acest oxigen prin legăturile lor duble și își schimbă structura moleculară într-o stare de energie mai mică (inofensivă).

- Starea excitată a clorofilei reacționează cu oxigenul molecular pentru a forma o stare de oxigen extrem de dăunătoare numită oxigen singlet. Carotenoizii previn acest lucru prin oprirea stării excitate a clorofilei.

- Trei xantofile (violoxantină, antheroxantină și zeaxantină) participă la disiparea excesului de energie prin transformarea ei în căldură.

- Datorită culorii lor, carotenoizii fac ca florile și fructele să fie vizibile pentru polenizare și dispersare de către animale.

Phycobilins

Ficobilinele sunt pigmenți solubili în apă și, prin urmare, se găsesc în citoplasma sau stroma cloroplastului. Ele apar numai în cianobacterii și alge roșii (Rhodophyta).

Fibobilele nu sunt importante doar pentru organismele care le folosesc pentru a absorbi energia din lumină, dar sunt folosite și ca instrumente de cercetare.

Atunci când compuși, cum ar fi pitocianină și ficoeritrină, sunt expuși la lumină intensă, ei absorb energia luminii și o eliberează emitând fluorescență într-un interval foarte restrâns de lungimi de undă.

Lumina produsă de această fluorescență este atât de distinctivă și de încredere încât ficobilinele pot fi utilizate ca „etichete” chimice. Aceste tehnici sunt utilizate pe scară largă în cercetarea cancerului pentru a „eticheta” celulele tumorale.

Referințe

1. Bianchi, T. și Canuel, E. (2011). Biomarkeri chimici în ecosistemele acvatice (prima ediție). Presa universitară Princeton.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plant (ediția a VIII-a). WH Freeman and Publisher Company.
3. Goldberg, D. (2010). Barron AP Biology (ediția a 3-a). Seria educațională Barron, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fiziologia plantelor fizico-chimice și de mediu (ediția a 4-a). Elsevier Inc.
5. Pigmenți fotosintetici. Recuperat din: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Procese primare de fotosinteză: principii și aparate (ed. IL) Editura RSC.
7. Solomon, E., Berg, L. și Martin, D. (2004). Biologie (ediția a 7-a) Cengage Learning.