Photosynthetische Pigmente Eigenschaften und Haupttypen

Die photosynthetische Pigmente sie sind chemische Verbindungen, die bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts absorbieren und reflektieren, wodurch sie "bunt" aussehen. Verschiedene Arten von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien haben photosynthetische Pigmente, die bei verschiedenen Wellenlängen absorbieren und verschiedene Farben erzeugen, hauptsächlich grün, gelb und rot.

Diese Pigmente sind für einige autotrophe Organismen wie Pflanzen notwendig, da sie ihnen helfen, einen großen Wellenlängenbereich zu nutzen, um ihre Nahrung in der Photosynthese zu produzieren. Da jedes Pigment nur mit einigen Wellenlängen reagiert, gibt es verschiedene Pigmente, die es erlauben, eine größere Menge an Licht (Photonen) einzufangen.

Index

• 1 Eigenschaften
• 2 Arten von photosynthetischen Pigmenten
  • 2.1 Chlorophylle
  • 2.2 Carotinoide
  • 2.3 Phycobiline
• 3 Referenzen

Eigenschaften

Wie oben erwähnt, sind photosynthetische Pigmente chemische Elemente, die für die Absorption des notwendigen Lichts verantwortlich sind, so dass der Prozess der Photosynthese erzeugt werden kann. Durch Photosynthese wird die Energie der Sonne in chemische Energie und Zucker umgewandelt.

Sonnenlicht besteht aus verschiedenen Wellenlängen, die unterschiedliche Farben und Energieniveaus haben. Nicht alle Wellenlängen werden gleich in der Photosynthese verwendet, weshalb es verschiedene Arten von photosynthetischen Pigmenten gibt.

Photosynthetische Organismen enthalten Pigmente, die nur die Wellenlängen des sichtbaren Lichts absorbieren und andere reflektieren. Die Menge der von einem Pigment absorbierten Wellenlängen ist sein Absorptionsspektrum.

Ein Pigment absorbiert bestimmte Wellenlängen und diejenigen, die nicht absorbieren, reflektieren sie; die Farbe ist einfach das von den Pigmenten reflektierte Licht. Zum Beispiel sehen Pflanzen grün aus, weil sie viele Chlorophyll a- und b-Moleküle enthalten, die grünes Licht reflektieren.

Arten von photosynthetischen Pigmenten

Photosynthetische Pigmente können in drei Arten eingeteilt werden: Chlorophylle, Carotinoide und Phycobiline.

Chlorophylle

Chlorophylle sind grüne photosynthetische Pigmente, die in ihrer Struktur einen Porphyrinring enthalten. Sie sind stabile, ringförmige Moleküle, um die Elektronen frei wandern können.

Da sich die Elektronen frei bewegen, hat der Ring das Potential, Elektronen leicht zu gewinnen oder zu verlieren und hat daher das Potential, andere Moleküle mit angeregten Elektronen zu versorgen. Dies ist der fundamentale Prozess, bei dem Chlorophyll die Energie des Sonnenlichts "einfängt".

Arten von Chlorophyllen

Es gibt verschiedene Arten von Chlorophyll: a, b, c, d und e. Von diesen werden nur zwei in den Chloroplasten höherer Pflanzen gefunden: Chlorophyll a und Chlorophyll b. Das wichtigste ist Chlorophyll "a", weil es in Pflanzen, Algen und photosynthetischen Cyanobakterien vorkommt.

Chlorophyll "a" ermöglicht die Photosynthese, weil es seine aktivierten Elektronen auf andere Moleküle überträgt, die Zucker bilden.

Eine zweite Art von Chlorophyll ist das Chlorophyll "b", das nur in sogenannten Grünalgen und Pflanzen vorkommt. Chlorophyll "c" findet sich dagegen nur in den Photosynthesestücken der Chromistengruppe wie in den Dinoflagellaten.

Die Unterschiede zwischen den Chlorophyllen dieser Hauptgruppen waren eines der ersten Anzeichen dafür, dass sie nicht so eng miteinander verwandt waren, wie bisher angenommen.

Die Menge an Chlorophyll "b" beträgt etwa ein Viertel des gesamten Chlorophyllgehaltes. Chlorophyll "a" findet sich in allen photosynthetischen Pflanzen, weshalb es als universelles photosynthetisches Pigment bezeichnet wird. Sie nennen es auch primäres photosynthetisches Pigment, weil es die primäre Reaktion der Fotosynthese durchführt.

Von allen Pigmenten, die an der Photosynthese beteiligt sind, spielt Chlorophyll eine fundamentale Rolle. Aus diesem Grund sind die übrigen photosynthetischen Pigmente als Zubehörpigmente bekannt.

Die Verwendung von Zusatzpigmenten ermöglicht die Absorption eines breiteren Wellenlängenbereichs und somit die Aufnahme von mehr Energie aus Sonnenlicht.

Carotinoide

Carotinoide sind eine weitere wichtige Gruppe von photosynthetischen Pigmenten. Diese absorbieren violettes und blaugrünes Licht.

Carotinoide liefern die hellen Farben, die Früchte präsentieren; zum Beispiel ist das Tomatenrot auf das Vorhandensein von Lycopin zurückzuführen, das Gelb der Maissamen wird durch Zeaxanthin verursacht, und das Orange der Orangenschale ist auf β-Carotin zurückzuführen.

Alle diese Carotinoide sind wichtig, um die Tiere anzuziehen und die Verbreitung der Samen der Pflanze zu fördern.

Wie alle photosynthetischen Pigmente tragen Carotinoide dazu bei, Licht zu fangen, spielen aber auch eine andere wichtige Rolle: Entfernen überschüssiger Energie von der Sonne.

Wenn also ein Blatt eine große Menge an Energie erhält und diese Energie nicht verwendet wird, kann dieser Überschuss die Moleküle des Photosynthesekomplexes schädigen. Carotinoide nehmen an der Absorption von überschüssiger Energie teil und helfen, sie in Form von Wärme abzuführen.

Carotinoide sind gewöhnlich rote, orange oder gelbe Pigmente und umfassen die bekannte Carotinverbindung, die Karotten Farbe verleiht.Diese Verbindungen werden von zwei kleinen Ringen aus sechs Kohlenstoffatomen gebildet, die durch eine "Kette" von Kohlenstoffatomen verbunden sind.

Aufgrund ihrer molekularen Struktur lösen sie sich nicht in Wasser auf, sondern binden sich stattdessen an die Membranen in der Zelle.

Carotinoide können die Energie des Lichts nicht direkt für die Photosynthese nutzen, sondern müssen die aufgenommene Energie auf das Chlorophyll übertragen. Aus diesem Grund gelten sie als Zubehörpigmente. Ein weiteres Beispiel für ein gut sichtbares Zusatzpigment ist Fucoxanthin, das Algen und Kieselalgen eine braune Farbe verleiht.

Carotinoide können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Carotinoide und Xanthophylle.

Carotine

Carotine sind organische Verbindungen, die als Pigmente in Pflanzen und Tieren weit verbreitet sind. Seine allgemeine Formel ist C40H56 und enthält keinen Sauerstoff. Diese Pigmente sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe; das heißt, sie haben viele Doppelbindungen und gehören zur Isoprenoid-Reihe.

In den Pflanzen verleihen die Carotine den Blüten (Calendula), Früchten (Kürbis) und Wurzeln (Karotte) gelbe, orange oder rote Farben. In Tieren sind sie in Fetten (Butter), Eigelb, Federn (Kanarienvogel) und Muscheln (Hummer) sichtbar.

Das häufigste Carotin ist β-Carotin, das die Vorstufe von Vitamin A ist und als sehr wichtig für Tiere gilt.

Xanthophylle

Xanthophylle sind gelbe Pigmente, deren molekulare Struktur der von Carotinoiden ähnelt, aber mit dem Unterschied, dass sie Sauerstoffatome enthalten. Einige Beispiele sind: C40H56O (Cryptoxanthin), C40H56O2 (Lutein, Zeaxanthin) und C40H56O6, welches das charakteristische Fucoxanthin der oben genannten Braunalgen ist.

Im Allgemeinen haben die Carotinoide eine orangeere Farbe als die Xanthophylle. Sowohl Carotinoide als auch Xanthophylle sind in organischen Lösungsmitteln wie Chloroform, Ethylether ua löslich. Carotine sind in Kohlenstoffdisulfid im Vergleich zu Xanthophyllen löslicher.

Funktionen von Carotinoiden

- Carotinoide wirken als Zusatzpigmente. Sie absorbieren Strahlungsenergie im mittleren Bereich des sichtbaren Spektrums und übertragen sie auf Chlorophyll.

- Sie schützen die Chloroplast-Komponenten vor dem bei der Photolyse von Wasser erzeugten und freigesetzten Sauerstoff. Carotinoide sammeln diesen Sauerstoff durch ihre Doppelbindungen und verändern ihre molekulare Struktur in einen Zustand niedrigerer Energie (harmlos).

- Der angeregte Zustand des Chlorophylls reagiert mit molekularem Sauerstoff unter Bildung eines sehr schädigenden Sauerstoffzustands, genannt Singulettsauerstoff. Carotinoide verhindern dies, indem sie den Chlorophyll-Anregungszustand ausschalten.

- Drei Xanthophylle (Violoxanthin, Antheroxanthin und Zeaxanthin) beteiligen sich an der Dissipation überschüssiger Energie durch Umwandlung in Wärme.

- Aufgrund ihrer Farbe machen Carotinoide Blüten und Früchte sichtbar für die Bestäubung und Verbreitung durch Tiere.

Phycobiline

Die Phycobiline sind in Wasser lösliche Pigmente und liegen daher im Cytoplasma oder im Stroma des Chloroplasten vor. Sie kommen nur in Cyanobakterien und Rotalgen vor (Rhodophyta).

Phycobiline sind nicht nur wichtig für Organismen, die sie nutzen, um die Energie des Lichts zu absorbieren, sondern sie dienen auch als Forschungsinstrumente.

Wenn sie intensiven Lichtverbindungen wie Pycocyanin und Phycoerythrin ausgesetzt werden, absorbieren sie die Energie des Lichts und geben es in einem sehr engen Wellenlängenbereich ab.

Das von dieser Fluoreszenz erzeugte Licht ist so charakteristisch und zuverlässig, dass die Phycobiline als chemische "Markierungen" verwendet werden können. Diese Techniken werden häufig in der Krebsforschung verwendet, um Tumorzellen zu "markieren".

Referenzen

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