Σημασία των χρωστικών στη φωτοσύνθεση

Οι χρωστικές είναι πολύχρωμες χημικές ενώσεις που αντανακλούν το φως ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος και απορροφούν άλλα μήκη κύματος. Τα φύλλα, τα λουλούδια, τα κοράλλια και τα δέρματα των ζώων περιέχουν χρωστικές που τους δίνουν χρώμα. Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα στα φυτά και μπορεί να οριστεί ως μετατροπή της ελαφριάς ενέργειας σε χημική ενέργεια. Είναι μια διαδικασία με την οποία τα πράσινα φυτά παράγουν υδατάνθρακες από διοξείδιο του άνθρακα και νερό με τη βοήθεια της χλωροφύλλης (πράσινη χρωστική ουσία στα φυτά) παρουσία ελαφριάς ενέργειας.

Η χλωροφύλλη α εμφανίζεται πράσινο σε χρώμα. Απορροφά το μπλε και το κόκκινο φως και αντανακλά το πράσινο φως. Είναι ο πιο άφθονος τύπος χρωστικής στα φύλλα και συνεπώς ο πιο σημαντικός τύπος χρωστικής στον χλωροπλάστη. Σε μοριακό επίπεδο έχει δακτύλιο πορφυρίνης που απορροφά ελαφριά ενέργεια.

Η χλωροφύλλη β είναι λιγότερο άφθονη από τη χλωροφύλλη α, αλλά έχει την ικανότητα να απορροφά ένα ευρύτερο μήκος κύματος φωτεινής ενέργειας.

Η χλωροφύλλη c δεν βρίσκεται στα φυτά αλλά βρίσκεται σε ορισμένους μικροοργανισμούς ικανούς να εκτελούν φωτοσύνθεση.

Οι καροτενοειδείς χρωστικές ουσίες βρίσκονται σε πολλούς φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, καθώς και σε φυτά. Απορροφούν φως μεταξύ 460 και 550 nm και ως εκ τούτου εμφανίζονται πορτοκαλί, κόκκινο και κίτρινο. Η φυκοβιλλίνη, μια υδατοδιαλυτή χρωστική ουσία, βρίσκεται στον χλωροπλάστη.

Η σημασία της χρωστικής στη φωτοσύνθεση είναι ότι βοηθά στην απορρόφηση της ενέργειας από το φως. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μοριακό επίπεδο στη χημική δομή αυτών των φωτοσυνθετικών χρωστικών περιστρέφονται σε ορισμένα επίπεδα ενέργειας. Όταν η φωτεινή ενέργεια (φωτόνια φωτός) πέσει πάνω σε αυτές τις χρωστικές ουσίες, τα ηλεκτρόνια απορροφούν αυτήν την ενέργεια και μεταπηδούν στο επόμενο επίπεδο ενέργειας. Δεν μπορούν να συνεχίσουν να παραμένουν σε αυτό το επίπεδο ενέργειας, καθώς δεν είναι η κατάσταση σταθερότητας για αυτά τα ηλεκτρόνια, οπότε πρέπει να διαλύσουν αυτήν την ενέργεια και να επιστρέψουν στο σταθερό ενεργειακό τους επίπεδο. Κατά τη φωτοσύνθεση αυτά τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας μεταφέρουν την ενέργειά τους σε άλλα μόρια ή αυτά τα ίδια τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε άλλα μόρια. Έτσι, απελευθερώνουν την ενέργεια που είχαν συλλάβει από το φως. Αυτή η ενέργεια στη συνέχεια χρησιμοποιείται από άλλα μόρια για να σχηματίσει ζάχαρη και άλλα θρεπτικά συστατικά χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Σε ιδανική κατάσταση, οι χρωστικές πρέπει να είναι ικανές να απορροφούν ελαφριά ενέργεια ολόκληρου του μήκους κύματος, έτσι ώστε να μπορεί να απορροφηθεί η μέγιστη ενέργεια. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να φαίνονται μαύρα, αλλά οι χλωροφύλλης είναι πραγματικά πράσινες ή καφέ χρώματος και απορροφούν τα μήκη κύματος φωτός στο ορατό φάσμα. Εάν η χρωστική αρχίσει να απορροφά το μήκος κύματος μακριά από το φάσμα του ορατού φωτός, όπως υπεριώδεις ή υπέρυθρες ακτίνες, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορεί να κερδίσουν τόση ενέργεια που είτε θα χτυπηθούν από την τροχιά τους είτε σύντομα θα διαλύσουν την ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, καταστρέφοντας έτσι τη χρωστική ουσία μόρια. Είναι λοιπόν η ορατή ικανότητα απορρόφησης της χρωστικής ενέργειας σε μήκος κύματος που είναι σημαντική για τη φωτοσύνθεση.