Pigmentų svarba fotosintezėje

Pigmentai yra spalvingi cheminiai junginiai, kurie atspindi konkretaus bangos ilgio šviesą ir sugeria kitus bangos ilgius. Lapuose, gėlėse, koralų ir gyvūnų odose yra pigmentų, suteikiančių jiems spalvą. Fotosintezė yra augaluose vykstantis procesas, kurį galima apibrėžti kaip šviesos energijos virsmą chemine energija. Tai procesas, kurio metu žalieji augalai gamina angliavandenius iš anglies dioksido ir vandens, naudodami chlorofilą (augaluose žalias pigmentas) esant šviesos energijai.

Chlorofilas a atrodo žalios spalvos. Jis sugeria mėlyną ir raudoną šviesą ir atspindi žalią šviesą. Tai yra labiausiai paplitusi lapų pigmento rūšis, taigi svarbiausia chloroplasto rūšis. Molekuliniu lygiu jis turi porfirino žiedą, kuris sugeria šviesos energiją.

Chlorofilo b yra mažiau nei chlorofilo a, tačiau jis sugeba sugerti didesnę šviesos energijos bangos ilgį.

Chlorofilo c nėra augaluose, tačiau jis yra kai kuriuose mikroorganizmuose, galinčiuose atlikti fotosintezę.

Karotinoidų pigmentų yra daugelyje fotosintetinių organizmų, taip pat ir augaluose. Jie sugeria šviesą tarp 460 ir 550 nm, todėl atrodo oranžiniai, raudoni ir geltoni. Phikobilinas, vandenyje tirpus pigmentas, yra chloroplaste.

Pigmento svarba fotosintezėje yra ta, kad jis padeda absorbuoti šviesos energiją. Laisvieji elektronai molekuliniame lygmenyje šių fotosintetinių pigmentų cheminėje struktūroje sukasi esant tam tikriems energijos lygiams. Kai ant šių pigmentų patenka šviesos energija (šviesos fotonai), elektronai sugeria šią energiją ir pereina į kitą energijos lygį. Jie negali toliau likti tame energijos lygyje, nes tai nėra šių elektronų stabilumo būsena, todėl jie turi išsklaidyti šią energiją ir grįžti į savo stabilų energijos lygį. Fotosintezės metu šie didelės energijos elektronai perduoda savo energiją kitoms molekulėms arba šie elektronai patys perduodami kitoms molekulėms. Taigi jie išlaisvina užfiksuotą energiją iš šviesos. Tuomet šią energiją kitos molekulės panaudoja formuodamos cukrų ir kitas maistines medžiagas, naudodamos anglies dioksidą ir vandenį.

Idealioje situacijoje pigmentai turi sugebėti sugerti viso bangos ilgio šviesos energiją, kad būtų galima absorbuoti maksimalią energiją. Norėdami tai padaryti, jie turėtų atrodyti juodi, tačiau chlorofilai iš tikrųjų yra žalios arba rudos spalvos ir matomame spektre sugeria šviesos bangos ilgį. Jei pigmentas pradeda absorbuoti bangos ilgį nuo matomos šviesos spektro, pavyzdžiui, ultravioletinių ar infraraudonųjų spindulių, laisvieji elektronai gali įgyti tiek energijos, kad jie arba numuš savo orbitą, arba netrukus gali išsklaidyti energiją šilumos pavidalu, taip pakenkdami pigmentui molekulės. Taigi fotosintezei atlikti svarbu matomas pigmento bangos ilgio energiją sugeriantis gebėjimas.