FOTOSYNTHETISCHE PIGMENTEN: KENMERKEN EN HOOFDTYPEN - BIOLOGIE - 2026

De fotosynthetische pigmenten zijn chemische verbindingen die bepaalde golflengten van zichtbaar licht absorberen en reflecteren, waardoor ze "kleurrijk" lijken. Verschillende soorten planten, algen en cyanobacteriën hebben fotosynthetische pigmenten, die absorberen op verschillende golflengten en verschillende kleuren genereren, voornamelijk groen, geel en rood.

Deze pigmenten zijn nodig voor sommige autotrofe organismen, zoals planten, omdat ze hen helpen te profiteren van een breed scala aan golflengten om hun voedsel te produceren bij fotosynthese. Omdat elk pigment alleen reageert met bepaalde golflengten, zijn er verschillende pigmenten die ervoor zorgen dat meer licht kan worden opgevangen (fotonen).

kenmerken

Zoals eerder vermeld, zijn fotosynthetische pigmenten chemische elementen die verantwoordelijk zijn voor het absorberen van het licht dat nodig is om het fotosyntheseproces te laten plaatsvinden. Door fotosynthese wordt de energie van de zon omgezet in chemische energie en suikers.

Zonlicht bestaat uit verschillende golflengten, die verschillende kleuren en energieniveaus hebben. Niet alle golflengten worden even gebruikt bij fotosynthese, daarom zijn er verschillende soorten fotosynthetische pigmenten.

Fotosynthetische organismen bevatten pigmenten die alleen de golflengten van zichtbaar licht absorberen en andere weerkaatsen. De reeks golflengten die door een pigment worden geabsorbeerd, is het absorptiespectrum.

Een pigment absorbeert bepaalde golflengten, en die welke het niet absorbeert, worden gereflecteerd; de kleur is gewoon het licht dat wordt weerkaatst door de pigmenten. Planten zien er bijvoorbeeld groen uit omdat ze veel chlorofylmoleculen a en b bevatten, die groen licht reflecteren.

Soorten fotosynthetische pigmenten

Fotosynthetische pigmenten kunnen worden onderverdeeld in drie soorten: chlorofylen, carotenoïden en fycobilinen.

Chlorofylen

Chlorofylen zijn groene fotosynthetische pigmenten die een porfyrinering in hun structuur bevatten. Het zijn stabiele ringvormige moleculen waar elektronen omheen kunnen migreren.

Omdat elektronen vrij bewegen, heeft de ring het potentieel om gemakkelijk elektronen te winnen of te verliezen, en heeft daarom het potentieel om bekrachtigde elektronen aan andere moleculen te leveren. Dit is het fundamentele proces waarbij chlorofyl energie uit zonlicht "vangt".

Soorten chlorofylen

Er zijn verschillende soorten chlorofyl: a, b, c, d en e. Hiervan worden er slechts twee aangetroffen in de chloroplasten van hogere planten: chlorofyl a en chlorofyl b. De belangrijkste is chlorofyl "a", aangezien het aanwezig is in planten, algen en fotosynthetische cyanobacteriën.

Chlorofyl "a" maakt fotosynthese mogelijk door de geactiveerde elektronen over te dragen aan andere moleculen die suikers zullen maken.

Een tweede type chlorofyl is chlorofyl "b", dat alleen voorkomt in zogenaamde groene algen en planten. Van zijn kant wordt chlorofyl "c" alleen gevonden in de fotosynthetische leden van de chromista-groep, zoals dinoflagellaten.

De verschillen tussen de chlorofylen in deze hoofdgroepen waren een van de eerste tekenen dat ze niet zo nauw verwant waren als eerder werd gedacht.

De hoeveelheid chlorofyl "b" is ongeveer een kwart van het totale gehalte aan chlorofyl. Van zijn kant wordt chlorofyl "a" aangetroffen in alle fotosynthetische planten, daarom wordt het universeel fotosynthetisch pigment genoemd. Het wordt ook een primair fotosynthetisch pigment genoemd omdat het de primaire reactie van fotosynthese uitvoert.

Van alle pigmenten die deelnemen aan fotosynthese, speelt chlorofyl een fundamentele rol. Om deze reden staan ​​de rest van de fotosynthetische pigmenten bekend als accessoire pigmenten.

Door het gebruik van aanvullende pigmenten kan het een groter bereik aan golflengten absorberen en daardoor meer energie uit zonlicht opvangen.

Carotenoïden

Carotenoïden zijn een andere belangrijke groep fotosynthetische pigmenten. Deze absorberen violet en blauwgroen licht.

Carotenoïden zorgen voor de felle kleuren van fruit; Het rood in tomaat is bijvoorbeeld te wijten aan de aanwezigheid van lycopeen, het geel in maïszaden wordt veroorzaakt door zeaxanthine en de sinaasappel in sinaasappelschillen is te wijten aan β-caroteen.

Al deze carotenoïden zijn belangrijk bij het aantrekken van dieren en het bevorderen van de verspreiding van de zaden van de plant.

Zoals alle fotosynthetische pigmenten helpen carotenoïden licht vast te leggen, maar ze hebben ook een andere belangrijke functie: overtollige energie van de zon verwijderen.

Dus als een blad een grote hoeveelheid energie ontvangt en deze energie niet wordt gebruikt, kan deze overmaat de moleculen van het fotosynthetische complex beschadigen. Carotenoïden zijn betrokken bij het absorberen van overtollige energie en helpen deze als warmte af te voeren.

Carotenoïden zijn over het algemeen rode, oranje of gele pigmenten en omvatten de bekende verbinding caroteen, die wortels hun kleur geeft. Deze verbindingen bestaan ​​uit twee kleine ringen van zes koolstofatomen die zijn verbonden door een "ketting" van koolstofatomen.

Door hun moleculaire structuur lossen ze niet op in water, maar binden ze zich aan membranen in de cel.

Carotenoïden kunnen de energie van licht niet direct gebruiken voor fotosynthese, maar moeten de geabsorbeerde energie overbrengen naar het chlorofyl. Om deze reden worden ze als accessoire pigmenten beschouwd. Een ander voorbeeld van een goed zichtbaar accessoirepigment is fucoxanthine, dat zeealgen en diatomeeën hun bruine kleur geeft.

Carotenoïden kunnen in twee groepen worden ingedeeld: carotenen en xanthofylen.

Carotenen

Carotenen zijn organische verbindingen die wijdverspreid zijn als pigmenten in planten en dieren. Hun algemene formule is C40H56 en ze bevatten geen zuurstof. Deze pigmenten zijn onverzadigde koolwaterstoffen; dat wil zeggen, ze hebben veel dubbele bindingen en behoren tot de isoprenoïdenreeks.

In planten geven carotenen gele, oranje of rode kleuren aan bloemen (calendula), fruit (pompoen) en wortels (wortel). Bij dieren zijn ze zichtbaar in vetten (boter), eidooiers, veren (kanarie) en schelpen (kreeft).

Het meest voorkomende caroteen is β-caroteen, de voorloper van vitamine A en wordt als zeer belangrijk beschouwd voor dieren.

Xanthofylen

Xanthofylen zijn gele pigmenten waarvan de moleculaire structuur vergelijkbaar is met die van carotenen, maar met het verschil dat ze zuurstofatomen bevatten. Enkele voorbeelden zijn: C40H56O (cryptoxanthine), C40H56O2 (luteïne, zeaxanthine) en C40H56O6, het kenmerkende fucoxanthine van de hierboven genoemde bruine algen.

Carotenen zijn over het algemeen meer oranje van kleur dan xanthofylen. Zowel carotenen als xanthofylen zijn oplosbaar in organische oplosmiddelen zoals chloroform, ethylether, onder anderen. Carotenen zijn beter oplosbaar in koolstofdisulfide in vergelijking met xanthofylen.

Functies van carotenoïden

- Carotenoïden werken als accessoire pigmenten. Ze absorberen stralingsenergie in het middelste deel van het zichtbare spectrum en dragen deze over in chlorofyl.

- Ze beschermen de chloroplastcomponenten tegen de zuurstof die wordt gegenereerd en vrijkomt tijdens de fotolyse van water. Carotenoïden nemen deze zuurstof op via hun dubbele bindingen en veranderen hun moleculaire structuur in een lagere energetische (onschadelijke) toestand.

- De aangeslagen toestand van chlorofyl reageert met moleculaire zuurstof om een ​​zeer schadelijke zuurstoftoestand te vormen, singletzuurstof genaamd. Carotenoïden voorkomen dit door de aangeslagen toestand van chlorofyl uit te schakelen.

- Drie xanthofylen (violoxanthine, antheroxanthine en zeaxanthine) nemen deel aan de afvoer van overtollige energie door deze om te zetten in warmte.

- Door hun kleur maken carotenoïden bloemen en vruchten zichtbaar voor bestuiving en verspreiding door dieren.

Phycobilins

Phycobilins zijn in water oplosbare pigmenten en worden daarom aangetroffen in het cytoplasma of stroma van de chloroplast. Ze komen alleen voor in cyanobacteriën en rode algen (Rhodophyta).

Phycobilins zijn niet alleen belangrijk voor organismen die ze gebruiken om energie uit licht te absorberen, maar worden ook gebruikt als onderzoeksinstrument.

Wanneer verbindingen zoals pycocyanine en fycoerythrine worden blootgesteld aan intens licht, absorberen ze de energie van het licht en geven ze deze af door fluorescentie uit te zenden in een zeer smal golflengtebereik.

Het door deze fluorescentie geproduceerde licht is zo onderscheidend en betrouwbaar dat de phycobilins kunnen worden gebruikt als chemische "tags". Deze technieken worden veel gebruikt in kankeronderzoek om tumorcellen te "labelen".

Referenties

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemische biomarkers in aquatische ecosystemen (1st ed.). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8e ed.). WH Freeman en Company Publishers.
3. Goldberg, D. (2010). Barron's AP Biology (3e ed.). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fysisch-chemische en omgevingsfysiologie van planten (4e ed.). Elsevier Inc.
5. Fotosynthetische pigmenten. Hersteld van: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primaire processen van fotosynthese: principes en apparaten (IL. Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7e ed.) Cengage Learning.