Ciri-ciri pigmen fotosintesis dan jenis utama



The pigmen fotosintetik mereka adalah sebatian kimia yang menyerap dan mencerminkan panjang gelombang tertentu cahaya yang boleh dilihat, yang menjadikannya kelihatan "berwarna-warni". Jenis tumbuhan, alga dan cyanobacteria yang berbeza mempunyai pigmen fotosintetik, yang menyerap pada panjang gelombang yang berbeza dan menghasilkan warna yang berbeza, terutamanya hijau, kuning dan merah.

Pigmen ini diperlukan untuk beberapa organisme autotropik, seperti tumbuhan, kerana ia membantu mereka memanfaatkan pelbagai panjang gelombang untuk menghasilkan makanan mereka dalam fotosintesis. Oleh kerana setiap pigmen bertindak balas hanya dengan beberapa panjang gelombang, terdapat pigmen yang berbeza yang membolehkan untuk menangkap lebih banyak cahaya (foton).

Indeks

  • 1 Ciri-ciri
  • 2 Jenis pigmen fotosintetik
    • 2.1 Chlorophylls
    • 2.2 Carotenoids
    • 2.3 Phycobilins 
  • 3 Rujukan

Ciri-ciri

Seperti yang dinyatakan di atas, pigmen fotosintetik adalah unsur kimia yang bertanggungjawab untuk menyerap cahaya yang diperlukan supaya proses fotosintesis dapat dihasilkan. Melalui fotosintesis, tenaga Matahari diubah menjadi tenaga kimia dan gula.

Cahaya matahari terdiri daripada pelbagai panjang gelombang, yang mempunyai warna dan tahap tenaga yang berlainan. Tidak semua panjang gelombang digunakan sama dalam fotosintesis, sebab itulah terdapat pelbagai jenis pigmen fotosintetik.

Organisma fotosintetik mengandungi pigmen yang hanya menyerap panjang gelombang cahaya yang kelihatan dan mencerminkan orang lain. Set gelombang panjang yang diserap oleh pigmen adalah spektrum penyerapannya.

Pigmen menyerap panjang gelombang tertentu, dan mereka yang tidak menyerap mencerminkannya; warna hanyalah cahaya yang ditunjukkan oleh pigmen. Sebagai contoh, tumbuhan kelihatan hijau kerana ia mengandungi banyak molekul klorofil a dan b, yang mencerminkan cahaya hijau.

Jenis pigmen fotosintetik

Pigmen fotosintetik boleh dibahagikan kepada tiga jenis: klorofil, karotenoid dan phycobilins.

Chlorophylls

Chlorophylls adalah pigmen fotosintesis hijau yang mengandungi cincin porphyrin dalam strukturnya. Mereka adalah molekul berbentuk cincin yang stabil di mana elektron bebas untuk berhijrah.

Kerana elektron bergerak dengan bebas, cincin mempunyai potensi untuk mendapatkan atau kehilangan elektron dengan mudah dan, oleh karenanya, berpotensi untuk memberikan elektron bertenaga ke molekul lain. Ini adalah proses asas yang mana klorofil "menangkap" tenaga cahaya matahari.

Jenis klorofil

Terdapat beberapa jenis klorofil: a, b, c, d dan e. Daripada jumlah ini, hanya dua yang terdapat dalam kloroplas tumbuhan yang lebih tinggi: klorofil a dan klorofil b. Yang paling penting ialah klorofil "a", kerana ia terdapat dalam tumbuhan, alga dan sianobakteria fotosintesis.

Chlorophyll "a" menjadikan fotosintesis mungkin kerana ia memindahkan elektron aktifnya ke molekul lain yang akan membuat gula.

Jenis klorofil kedua ialah klorofil "b", yang hanya terdapat dalam alga dan tanaman hijau. Sebaliknya, klorofil "c" hanya terdapat di dalam kumpulan fotosintesis kumpulan kromis, seperti dalam dinoflagellates.

Perbezaan antara klorofil kumpulan-kumpulan utama ini adalah salah satu tanda awal bahawa mereka tidak begitu berkait rapat dengan pemikiran sebelumnya.

Jumlah klorofil "b" adalah kira-kira satu perempat daripada jumlah kandungan klorofil. Untuk bahagiannya, klorofil "a" terdapat dalam semua tumbuhan fotosintetik, itulah sebabnya ia dipanggil pigmen fotosintetik sejagat. Mereka juga memanggil pigmen fotosintetik primer kerana ia melakukan tindak balas utama fotosintesis.

Daripada semua pigmen yang terlibat dalam fotosintesis, klorofil memainkan peranan penting. Atas sebab ini, sisa pigmen fotosintesis dikenali sebagai pigmen aksesori.

Penggunaan pigmen aksesori membolehkan penyerapan pelbagai panjang gelombang dan, oleh itu, menangkap lebih banyak tenaga dari sinar matahari.

Karotenoid

Carotenoids adalah satu lagi kumpulan penting pigmen fotosintetik. Ini menyerap ungu dan cahaya biru-hijau.

Carotenoids memberikan warna-warna cerah yang ada pada buah; sebagai contoh, tomato merah adalah disebabkan oleh lycopene, kuning biji jagung disebabkan oleh zeaxanthin, dan oren kulit jeruk adalah kerana β-karoten.

Semua karotenoid ini penting untuk menarik haiwan dan mempromosikan penyebaran benih tumbuhan.

Seperti semua pigmen fotosintetik, karotenoid membantu menangkap cahaya tetapi juga memainkan peranan penting lain: mengeluarkan tenaga yang berlebihan dari Matahari.

Oleh itu, jika daun menerima sejumlah besar tenaga dan tenaga ini tidak digunakan, kelebihan ini boleh merosakkan molekul kompleks fotosintetik. Karotenoid mengambil bahagian dalam penyerapan tenaga berlebihan dan membantu menghilangkannya dalam bentuk haba.

Carotenoids biasanya berwarna merah, oren atau kuning, dan termasuk sebatian karotena yang terkenal, yang memberikan warna kepada wortel. Sebatian ini dibentuk oleh dua cincin kecil enam karbon yang dihubungkan oleh "rantai" atom karbon.

Sebagai hasil daripada struktur molekul mereka, mereka tidak larut dalam air tetapi sebaliknya mengikat ke dalam membran di dalam sel.

Karotenoid tidak dapat menggunakan tenaga cahaya secara langsung untuk fotosintesis, tetapi mesti memindahkan tenaga yang diserap ke klorofil. Atas sebab ini, mereka dianggap pigmen aksesori. Satu lagi contoh pigmen aksesori yang sangat kelihatan adalah fucoxanthin, yang memberikan warna coklat kepada rumput laut dan diatom.

Karotenoid boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: karotenoid dan xanthophylls.

Karoten

Carotenes adalah sebatian organik yang diedarkan secara meluas sebagai pigmen dalam tumbuhan dan haiwan. Rumusan umumnya ialah C40H56 dan tidak mengandungi oksigen. Pigmen ini adalah hidrokarbon tak tepu; iaitu, mereka mempunyai banyak ikatan berganda dan tergolong dalam siri isoprenoid.

Dalam tumbuh-tumbuhan, karoten menyampaikan warna kuning, oren atau merah kepada bunga (calendula), buah-buahan (labu) dan akar (lobak merah). Dalam haiwan, ia kelihatan dalam lemak (mentega), kuning telur, bulu (kanari) dan kerang (udang).

Karotena yang paling biasa adalah β-karoten, yang merupakan prekursor vitamin A dan dianggap sangat penting untuk haiwan.

Xanthophylls

Xanthophylls adalah pigmen kuning yang struktur molekulnya sama dengan karotenoid, tetapi dengan perbezaannya ia mengandungi atom oksigen. Beberapa contohnya ialah: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) dan C40H56O6, yang merupakan ciri fucoxanthin alga coklat yang disebutkan di atas.

Secara umum, karotenoid mempunyai warna lebih oren daripada xanthophylls. Kedua-dua karotenoid dan xanthophylls larut dalam pelarut organik seperti kloroform, etil eter, antara lain. Carotenes lebih larut dalam disulfida karbon berbanding xanthophylls.

Fungsi karotenoid

- Karotenoid berfungsi sebagai pigmen aksesori. Menyerap tenaga berseri di kawasan tengah spektrum yang kelihatan dan memindahkannya ke klorofil.

- Mereka melindungi komponen kloroplas dari oksigen yang dijana dan dikeluarkan semasa fotolisis air. Karotenoid mengumpul oksigen ini melalui ikatan berganda mereka dan mengubah struktur molekul mereka ke keadaan tenaga yang lebih rendah (tidak berbahaya).

- Keadaan klorofil yang teruja bereaksi dengan oksigen molekul untuk membentuk keadaan oksigen yang sangat merosakkan yang disebut oksigen singlet. Karotenoid menghalangnya dengan mematikan keadaan pengujaan klorofil.

- Tiga xanthophylls (violoxanthin, antheroxanthin dan zeaxanthin) mengambil bahagian dalam pelesapan tenaga yang berlebihan dengan mengubahnya menjadi haba.

- Kerana warna mereka, karotenoid membuat bunga dan buah-buahan kelihatan untuk pendebungaan dan penyebaran oleh haiwan.

Phycobilins 

Fycobilins adalah pigmen larut dalam air dan, oleh itu, terdapat dalam sitoplasma atau stroma kloroplas. Ia hanya berlaku dalam cyanobacteria dan alga merah (Rhodophyta).

Phycobilins tidak hanya penting bagi organisma yang menggunakannya untuk menyerap tenaga cahaya, tetapi ia juga digunakan sebagai alat penyelidikan.

Apabila terdedah kepada sebatian cahaya yang kuat seperti pycocyanin dan phycoerythrin, mereka menyerap tenaga cahaya dan melepaskannya memancar pendarfluor dalam pelbagai panjang gelombang yang sangat sempit.

Cahaya yang dihasilkan oleh pendarfluor ini sangat tersendiri dan boleh dipercayai, bahawa phycobilins boleh digunakan sebagai "label" kimia. Teknik-teknik ini digunakan secara meluas dalam penyelidikan kanser untuk "tag" sel-sel tumor.

Rujukan

  1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Biomarker Kimia dalam Ekosistem Perairan (Ed ed.). Princeton University Press.
  2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (Ed ed.). W. H. Freeman dan Penerbit Syarikat.
  3. Goldberg, D. (2010). Biologi AP Barron (Edisi ke-3). Siri Pendidikan Barron, Inc.
  4. Nobel, D. (2009). Fisiologi Loji Fizikokimia dan Alam Sekitar (Edisi ke-4). Elsevier Inc.
  5. Pigmen Photosynthetic. Diperolehi daripada: ucmp.berkeley.edu
  6. Renger, G. (2008). Proses Primer Fotosintesis: Prinsip dan Radas (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Salomo, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7 ed.) Pembelajaran Cengage.