FOTOSYNTETICKÉ PIGMENTY: VLASTNOSTI A HLAVNÉ TYPY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto fotosyntetických pigmentov sú chemické zlúčeniny, ktoré absorbujú a vzhľadom na určitej vlnovej dĺžky viditeľného svetla, čo je zobrazený "farebné". Rôzne druhy rastlín, rias a cyanobaktérií majú fotosyntetické pigmenty, ktoré absorbujú pri rôznych vlnových dĺžkach a vytvárajú rôzne farby, hlavne zelenú, žltú a červenú.

Tieto pigmenty sú potrebné pre niektoré autotrofné organizmy, napríklad pre rastliny, pretože im pomáhajú využívať širokú škálu vlnových dĺžok na výrobu potravín pri fotosyntéze. Pretože každý pigment reaguje iba s určitými vlnovými dĺžkami, existujú rôzne pigmenty, ktoré umožňujú zachytiť viac svetla (fotóny).

vlastnosti

Ako už bolo uvedené, fotosyntetické pigmenty sú chemické prvky, ktoré sú zodpovedné za absorbovanie svetla potrebného na uskutočnenie fotosyntetického procesu. Fotosyntézou sa energia zo Slnka premieňa na chemickú energiu a cukry.

Slnečné svetlo sa skladá z rôznych vlnových dĺžok, ktoré majú rôzne farby a úrovne energie. Nie všetky vlnové dĺžky sa pri fotosyntéze používajú rovnako, preto existujú rôzne typy fotosyntetických pigmentov.

Fotosyntetické organizmy obsahujú pigmenty, ktoré absorbujú iba vlnové dĺžky viditeľného svetla a odrážajú ostatné. Súbor vlnových dĺžok absorbovaných pigmentom je jeho absorpčné spektrum.

Pigment absorbuje určité vlnové dĺžky a tie, ktoré neabsorbuje, sa odrážajú; farba je jednoducho svetlo odrážané pigmentmi. Napríklad sa rastliny javia ako zelené, pretože obsahujú veľa molekúl chlorofylu aab, ktoré odrážajú zelené svetlo.

Druhy fotosyntetických pigmentov

Fotosyntetické pigmenty možno rozdeliť do troch typov: chlorofyly, karotenoidy a fykobilíny.

chlorofyly

Chlorofyly sú zelené fotosyntetické pigmenty, ktoré vo svojej štruktúre obsahujú porfyrínový kruh. Sú to stabilné molekuly v tvare kruhu, okolo ktorých môžu elektróny voľne migrovať.

Pretože elektróny sa voľne pohybujú, kruh má potenciál ľahko získať alebo stratiť elektróny, a preto má potenciál poskytovať energizované elektróny iným molekulám. Toto je základný proces, ktorým chlorofyl „zachytáva“ energiu zo slnečného žiarenia.

Druhy chlorofylov

Existuje niekoľko typov chlorofylu: a, b, c, d a e. Z nich sa iba dve nachádzajú v chloroplastoch vyšších rastlín: chlorofyl a a chlorofyl b. Najdôležitejšia je chlorofyl „a“, pretože je prítomný v rastlinách, riasach a fotosyntetických cyanobaktériách.

Chlorofyl „a“ umožňuje fotosyntézu prenosom jeho aktivovaných elektrónov do iných molekúl, ktoré vytvárajú cukry.

Druhým typom chlorofylu je chlorofyl "b", ktorý sa vyskytuje iba v tzv. Zelených riasach a rastlinách. Chlorofyl „c“ sa nachádza iba vo fotosyntetických členoch skupiny chromista, ako sú dinoflageláty.

Rozdiely medzi chlorofylami v týchto hlavných skupinách boli jedným z prvých príznakov, že neboli tak úzko spojené, ako sa pôvodne predpokladalo.

Množstvo chlorofylu "b" je asi štvrtina celkového obsahu chlorofylu. Chlorofyl „a“ sa nachádza vo všetkých fotosyntetických rastlinách, preto sa nazýva univerzálny fotosyntetický pigment. Nazýva sa tiež primárnym fotosyntetickým pigmentom, pretože vykonáva primárnu reakciu fotosyntézy.

Zo všetkých pigmentov, ktoré sa zúčastňujú fotosyntézy, hrá chlorofyl zásadnú úlohu. Z tohto dôvodu sú ostatné fotosyntetické pigmenty známe ako doplnkové pigmenty.

Použitie pomocných pigmentov umožňuje absorbovať širší rozsah vlnových dĺžok, a tak zachytávať viac slnečného žiarenia.

karotenoidy

Karotenoidy sú ďalšou dôležitou skupinou fotosyntetických pigmentov. Tieto absorbujú fialové a modrozelené svetlo.

Karotenoidy poskytujú žiarivé farby plodov; Napríklad červená v rajčiakoch je spôsobená prítomnosťou lykopénu, žltá v kukuričných semenách je spôsobená zeaxantínom a oranžová v pomarančových kôstkach je spôsobená p-karoténom.

Všetky tieto karotenoidy sú dôležité pri získavaní zvierat a pri propagácii rozširovania semien rastlín.

Ako všetky fotosyntetické pigmenty, aj karotenoidy pomáhajú zachytávať svetlo, ale slúžia aj ďalšej dôležitej funkcii: eliminujú nadmernú energiu zo Slnka.

Ak teda list dostane veľké množstvo energie a táto energia sa nepoužíva, tento prebytok môže poškodiť molekuly fotosyntetického komplexu. Karotenoidy sa podieľajú na absorpcii prebytočnej energie a pomáhajú rozptyľovať ju ako teplo.

Karotenoidy sú zvyčajne červené, oranžové alebo žlté pigmenty a zahŕňajú dobre známu zlúčeninu karotén, ktorá dáva mrkve farbu. Tieto zlúčeniny sú tvorené dvoma malými šiestimi uhlíkovými kruhmi spojenými „reťazcom“ atómov uhlíka.

V dôsledku svojej molekulárnej štruktúry sa nerozpúšťajú vo vode, ale viažu sa na membrány v bunke.

Karotenoidy nemôžu priamo použiť energiu svetla na fotosyntézu, ale musia preniesť absorbovanú energiu na chlorofyl. Z tohto dôvodu sa považujú za doplnkové pigmenty. Ďalším príkladom vysoko viditeľného doplnkového pigmentu je fukoxantín, ktorý dodáva morským riasam a rozsievkam hnedú farbu.

Karotenoidy možno rozdeliť do dvoch skupín: karotény a xantofyly.

karoténov

Karotény sú organické zlúčeniny široko distribuované ako pigmenty v rastlinách a zvieratách. Ich všeobecný vzorec je C40H56 a neobsahujú kyslík. Tieto pigmenty sú nenasýtené uhľovodíky; to znamená, že majú veľa dvojitých väzieb a patria do série izoprenoidov.

V rastlinách dodávajú karotény žlté, oranžové alebo červené farby kvetom (nechtík lekársky), ovocím (tekvica) a koreňom (mrkva). U zvierat sú viditeľné v tukoch (maslo), vaječných žĺtkoch, perí (kanárik) a lastúrach (homár).

Najbežnejším karoténom je β-karotén, ktorý je prekurzorom vitamínu A a považuje sa za veľmi dôležitý pre zvieratá.

xantofyly

Xantopyly sú žlté pigmenty, ktorých molekulárna štruktúra je podobná štruktúre karoténov, ale s tým rozdielom, že obsahujú atómy kyslíka. Niektoré príklady sú: C40H56O (kryptoxantín), C40H56O2 (luteín, zeaxantín) a C40H56O6, čo je charakteristický fukoxantín vyššie spomenutých hnedých rias.

Karotény majú obvykle oranžovejšiu farbu ako xantopyly. Karotény aj xantofyly sú okrem iného rozpustné v organických rozpúšťadlách, ako je napríklad chloroform, etyléter. Karotény sú rozpustnejšie v sírniku uhlíka v porovnaní s xantofylami.

Funkcie karotenoidov

- Karotenoidy fungujú ako doplnkové pigmenty. Absorbujú žiarivú energiu v strednej oblasti viditeľného spektra a prenášajú ju na chlorofyl.

- Chránia zložky chloroplastov pred kyslíkom vytváraným a uvoľňovaným počas fotolýzy vody. Karotenoidy zachytávajú tento kyslík prostredníctvom svojich dvojitých väzieb a menia svoju molekulárnu štruktúru na stav s nižšou energiou (neškodný).

- Vzrušený stav chlorofylu reaguje s molekulárnym kyslíkom a vytvára vysoko škodlivý stav kyslíka nazývaný singletový kyslík. Karotenoidom tomu bráni vypnutím vzrušeného stavu chlorofylu.

- Tri xantofyly (violoxantín, anteroxantín a zeaxantín) sa podieľajú na disipácii prebytočnej energie premenou na teplo.

- Vďaka svojej farbe karotenoidy zviditeľňujú kvety a ovocie pre opeľovanie a rozptyľovanie zvierat.

phycobilins

Fycobilíny sú vo vode rozpustné pigmenty, a preto sa nachádzajú v cytoplazme alebo stróme chloroplastu. Vyskytujú sa iba pri cyanobaktériách a červených riasach (Rhodophyta).

Fycobilíny sú dôležité nielen pre organizmy, ktoré ich používajú na absorpciu energie zo svetla, ale používajú sa aj ako výskumné nástroje.

Keď sú zlúčeniny, ako je pycocyanín a fykoerytrín, vystavené silnému svetlu, absorbujú energiu svetla a uvoľňujú ho fluorescenciou vo veľmi úzkom rozsahu vlnových dĺžok.

Svetlo produkované touto fluorescenciou je také výrazné a spoľahlivé, že fykobilíny sa môžu použiť ako chemické „značky“. Tieto techniky sa široko používajú pri výskume rakoviny na označovanie nádorových buniek.

Referencie

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemické biomarkery vo vodných ekosystémoch (1. vydanie). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8. vydanie). WH Freeman a vydavatelia spoločností.
3. Goldberg, D. (2010). Barron's AP Biology (3. vydanie). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fyzikálno-chemická a environmentálna fyziológia rastlín (4. vydanie). Elsevier Inc.
5. Fotosyntetické pigmenty. Obnovené z: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primárne procesy fotosyntézy: Princípy a prístroje (IL. Vyd.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biológia (7. vydanie) Cengage Learning.