FOTOSYNTETICKÉ PIGMENTY: VLASTNOSTI A HLAVNÍ TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto fotosyntetických pigmentů jsou chemické sloučeniny, které absorbují a s ohledem na určité vlnové délky viditelného světla, což je zobrazen „barevné“. Různé druhy rostlin, řas a sinic mají fotosyntetické pigmenty, které absorbují při různých vlnových délkách a vytvářejí různé barvy, zejména zelené, žluté a červené.

Tyto pigmenty jsou nezbytné pro některé autotrofní organismy, jako jsou rostliny, protože jim pomáhají využívat širokou škálu vlnových délek k produkci potravy při fotosyntéze. Protože každý pigment reaguje pouze s některými vlnovými délkami, existují různé pigmenty, které umožňují zachytit více světla (fotony).

vlastnosti

Jak již bylo zmíněno, fotosyntetické pigmenty jsou chemické prvky, které jsou zodpovědné za absorpci světla nezbytného pro proces fotosyntézy. Fotosyntézou se energie ze Slunce přemění na chemickou energii a cukry.

Sluneční světlo je tvořeno různými vlnovými délkami, které mají různé barvy a úrovně energie. Ne všechny vlnové délky se ve fotosyntéze používají stejně, proto existují různé typy fotosyntetických pigmentů.

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

Pigment absorbuje určité vlnové délky a ty, které neabsorbuje, se projeví; barva je prostě světlo odrazené pigmenty. Například rostliny vypadají zelené, protože obsahují mnoho molekul chlorofylu aab, které odrážejí zelené světlo.

Druhy fotosyntetických pigmentů

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

Chlorofyly

Chlorofyly jsou zelené fotosyntetické pigmenty, které ve své struktuře obsahují porfyrinový kruh. Jsou to stabilní molekuly ve tvaru prstence, kolem kterých mohou elektrony volně migrovat.

Protože elektrony se volně pohybují, má prsten potenciál snadno získat nebo ztratit elektrony, a proto má potenciál poskytovat energizované elektrony jiným molekulám. Toto je základní proces, kterým chlorofyl „zachycuje“ energii ze slunečního světla.

Druhy chlorofylu

Existuje několik typů chlorofylu: a, b, c, d a e. Z nich jsou pouze dva v chloroplastech vyšších rostlin: chlorofyl a a chlorofyl b. Nejdůležitější je chlorofyl „a“, protože je přítomen v rostlinách, řasách a fotosyntetických cyanobakteriích.

Chlorofyl "a" umožňuje fotosyntézu přenosem aktivovaných elektronů na jiné molekuly, které vytvářejí cukry.

Druhým typem chlorofylu je chlorofyl "b", který se vyskytuje pouze u tzv. Zelených řas a rostlin. Chlorofyl „c“ se nachází pouze u fotosyntetických členů chromista skupiny, jako jsou dinoflageláty.

Rozdíly mezi chlorofyly v těchto hlavních skupinách byly jedním z prvních příznaků, že nebyly tak úzce propojeny, 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. Nazývá se také primární fotosyntetický pigment, protože provádí primární reakci fotosyntézy.

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

Použití pomocných pigmentů jí umožňuje absorbovat širší rozsah vlnových délek, a tak zachytit více energie ze slunečního světla.

Karotenoidy

Karotenoidy jsou další významnou skupinou fotosyntetických pigmentů. Tyto absorbují fialové a modrozelené světlo.

Karotenoidy poskytují jasné barvy, které ovoce přináší; Například červená v rajčatech je způsobena přítomností lykopenu, žlutá v semenech kukuřice je způsobena zeaxanthinem a oranžová v pomerančových kůrách je způsobena β-karotenem.

Všechny tyto karotenoidy jsou důležité pro přilákání zvířat a podporu šíření semen rostlin.

Stejně jako všechny fotosyntetické pigmenty pomáhají karotenoidy zachycovat světlo, ale slouží také další důležité funkci: eliminují přebytečnou energii ze slunce.

Pokud tedy list dostane velké množství energie a tato energie se nepoužívá, může tento přebytek poškodit molekuly fotosyntetického komplexu. Karotenoidy se podílejí na absorpci přebytečné energie a pomáhají ji rozptylovat jako teplo.

Karotenoidy jsou obecně červené, oranžové nebo žluté pigmenty a zahrnují dobře známou sloučeninu karotenu, která dává mrkvi jejich barvu. Tyto sloučeniny jsou tvořeny dvěma malými šesti uhlíkovými kruhy spojenými „řetězcem“ atomů uhlíku.

V důsledku své molekulární struktury se nerozpouštějí ve vodě, nýbrž se vážou na membrány uvnitř buňky.

Karotenoidy nemohou přímo použít energii světla pro fotosyntézu, ale musí přenést absorbovanou energii do chlorofylu. Z tohoto důvodu se považují za doplňkové pigmenty. Dalším příkladem vysoce viditelného pomocného pigmentu je fucoxanthin, který dává mořským řasám a rozsivkám hnědou barvu.

Karotenoidy lze rozdělit do dvou skupin: karoteny a xantofyly.

Karoteny

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

V rostlinách dodávají karoteny žluté, oranžové nebo červené barvy květům (měsíček), ovoce (dýně) a kořenům (mrkev). U zvířat jsou viditelné v tucích (másle), žloutcích, peří (kanár) a skořápkách (humr).

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

Xanthophyly

Xantofyly jsou žluté pigmenty, jejichž molekulární struktura je podobná struktuře karotenů, ale s tím rozdílem, že obsahují atomy kyslíku. Některé příklady jsou: C40H56O (kryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) a C40H56O6, což je charakteristický fukoxantin výše zmíněných hnědých řas.

Karoteny mají obecně oranžovou barvu než xanthopyly. Jak karoteny, tak xantofyly jsou rozpustné v organických rozpouštědlech, jako je například chloroform, ethylether. Karoteny jsou rozpustnější v sirouhlíku ve srovnání s xantofyly.

Funkce karotenoidů

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

- Chrání složky chloroplastů před kyslíkem vytvářeným a uvolňovaným během fotolýzy vody. Karotenoidy zachycují tento kyslík prostřednictvím svých dvojných vazeb a mění svou molekulární strukturu na nižší energetický (neškodný) stav.

- Vzrušený stav chlorofylu reaguje s molekulárním kyslíkem a vytváří vysoce škodlivý stav kyslíku nazývaný singletový kyslík. Karotenoidům tomu brání vypnutím vzrušeného stavu chlorofylu.

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

- Díky své barvě karotenoidy zviditelňují květiny a ovoce pro opylení a rozptýlení zvířaty.

Fycobiliny

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

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

Když jsou sloučeniny, jako je pycocyanin a fykoerythrin, vystaveny intenzivnímu světlu, absorbují energii světla a uvolňují ho emitováním fluorescence ve velmi úzkém rozmezí vlnových délek.

Světlo produkované touto fluorescencí je tak výrazné a spolehlivé, že fycobiliny mohou být použity jako chemické "značky". Tyto techniky jsou široce používány ve výzkumu rakoviny k označování nádorových buněk.

Reference

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemické biomarkery ve vodních ekosystémech (1. vydání). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven biologie rostlin (8. vydání). WH Freeman a vydavatelé společnosti.
3. Goldberg, D. (2010). Barronův AP biologie (3. vydání). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fyzikálně-chemická a environmentální fyziologie rostlin (4. vydání). Elsevier Inc.
5. Fotosyntetické pigmenty. Obnoveno z: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primární procesy fotosyntézy: Principy a přístroje (IL. Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.