חשיבותם של פיגמנטים בפוטוסינתזה

פיגמנטים הם תרכובות כימיות צבעוניות המשקפות אור באורך גל ספציפי וסופגות אורכי גל אחרים. עלים, פרחים, אלמוגים ועורות מן החי מכילים פיגמנטים המעניקים להם צבע. פוטוסינתזה היא תהליך המתרחש בצמחים וניתן להגדירו כהמרה של אנרגיית אור לאנרגיה כימית. זהו תהליך בו צמחים ירוקים מייצרים פחמימות מפחמן דו חמצני ומים בעזרת כלורופיל (פיגמנט ירוק בצמחים) בנוכחות אנרגיית אור.

כלורופיל א נראה בצבע ירוק. הוא סופג אור כחול ואדום ומשקף אור ירוק. זהו סוג הפיגמנט השכיח ביותר בעלים וכך סוג הפיגמנט החשוב ביותר בכלורופלסט. ברמה המולקולרית יש לו טבעת פורפירין שקולטת אנרגיית אור.

כלורופיל b פחות שופע מכלורופיל א אך בעל יכולת לספוג אורך גל רחב יותר של אנרגיית אור.

כלורופיל c אינו נמצא בצמחים אך נמצא בכמה מיקרואורגניזמים המסוגלים לבצע פוטוסינתזה.

פיגמנטים קרוטנואידיים נמצאים באורגניזמים פוטוסינתטיים רבים, כמו גם בצמחים. הם סופגים אור בין 460 ל -550 ננומטר ומכאן שהם נראים כתומים, אדומים וצהובים. Phycobillin, פיגמנט מסיס במים, נמצא בכלורופלסט.

החשיבות של הפיגמנט בפוטוסינתזה היא שהוא מסייע לספיגת האנרגיה מהאור. האלקטרונים החופשיים ברמה המולקולרית במבנה הכימי של פיגמנטים פוטוסינתטיים אלה סובבים ברמות אנרגיה מסוימות. כאשר אנרגיית אור (פוטונים של אור) נופלת על פיגמנטים אלה, האלקטרונים סופגים את האנרגיה הזו וקופצים לרמת האנרגיה הבאה. הם לא יכולים להמשיך ולהישאר ברמת האנרגיה הזו, מכיוון שזה לא מצב היציבות של האלקטרונים הללו, ולכן עליהם להפיץ אנרגיה זו ולחזור לרמת האנרגיה היציבה שלהם. במהלך הפוטוסינתזה אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה אלה מעבירים את האנרגיה שלהם למולקולות אחרות, או שהאלקטרונים האלה עצמם מועברים למולקולות אחרות. לפיכך, הם משחררים את האנרגיה שתפסו מהאור. אנרגיה זו משמשת אז מולקולות אחרות ליצירת סוכר וחומרים מזינים אחרים באמצעות פחמן דו חמצני ומים.

במצב אידיאלי הפיגמנטים חייבים להיות מסוגלים לספוג אנרגיית אור בכל אורך הגל, כך שהאנרגיה המקסימלית תוכל להיספג. לשם כך הם צריכים להיראות שחורים, אך כלורופילים הם למעשה בצבע ירוק או חום וסופגים אורכי גל אור בספקטרום הגלוי. אם הפיגמנט מתחיל לספוג אורך גל הרחק מספקטרום האור הגלוי, כגון קרני אולטרה סגול או אינפרא אדום, האלקטרונים החופשיים עשויים לצבור כל כך הרבה אנרגיה שהם או יתפסלו מהמסלול שלהם או עשויים להפיץ בקרוב אנרגיה בצורה של חום, וכך לפגוע בפיגמנט מולקולות. אז יכולת קליטת האנרגיה של הגל הנראית לעין של פיגמנט היא שחשוב להתרחש הפוטוסינתזה.