Znaczenie pigmentów w fotosyntezie

Pigmenty to kolorowe związki chemiczne, które odbijają światło o określonej długości fali i pochłaniają inne długości fal. Liście, kwiaty, koralowce i skóry zwierząt zawierają pigmenty, które nadają im kolor. Fotosynteza to proces zachodzący w roślinach, który można zdefiniować jako konwersję energii świetlnej na energię chemiczną. Jest to proces, w którym rośliny zielone wytwarzają węglowodany z dwutlenku węgla i wody za pomocą chlorofilu (zielonego barwnika roślinnego) w obecności energii świetlnej.

Chlorofil a ma kolor zielony. Pochłania światło niebieskie i czerwone oraz odbija światło zielone. Jest to najobficiej występujący rodzaj pigmentu w liściach, a tym samym najważniejszy rodzaj pigmentu w chloroplastach. Na poziomie molekularnym posiada pierścień porfirynowy, który pochłania energię świetlną.

Chlorofil b występuje rzadziej niż chlorofil a, ale ma zdolność pochłaniania energii świetlnej o większej długości fali.

Chlorofil c nie występuje w roślinach, ale występuje w niektórych mikroorganizmach zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy.

Pigmenty karotenoidowe znajdują się w wielu organizmach fotosyntetycznych, a także w roślinach. Pochłaniają światło między 460 a 550 nm i dlatego wydają się pomarańczowe, czerwone i żółte. Fikobillina, rozpuszczalny w wodzie pigment, znajduje się w chloroplastach.

Znaczenie pigmentu w fotosyntezie polega na tym, że pomaga on absorbować energię światła. Wolne elektrony na poziomie molekularnym w strukturze chemicznej tych pigmentów fotosyntetycznych obracają się na określonych poziomach energii. Kiedy energia świetlna (fotony światła) pada na te pigmenty, elektrony pochłaniają tę energię i przeskakują na następny poziom energetyczny. Nie mogą dalej pozostawać na tym poziomie energetycznym, ponieważ nie jest to stan stabilności tych elektronów, więc muszą rozproszyć tę energię i powrócić do swojego stabilnego poziomu energetycznego. Podczas fotosyntezy te wysokoenergetyczne elektrony przekazują swoją energię innym cząsteczkom lub same elektrony są przenoszone do innych cząsteczek. W związku z tym uwalniają energię, którą przechwycili ze światła. Energia ta jest następnie wykorzystywana przez inne cząsteczki do tworzenia cukru i innych składników odżywczych przy użyciu dwutlenku węgla i wody.

W idealnej sytuacji pigmenty muszą być zdolne do pochłaniania energii świetlnej o całej długości fali, tak aby można było wchłonąć maksymalną energię. Aby to zrobić, powinny wyglądać na czarne, ale chlorofile mają w rzeczywistości kolor zielony lub brązowy i pochłaniają fale świetlne w widmie widzialnym. Jeśli pigment zacznie absorbować długość fali z dala od widma światła widzialnego, takiego jak promieniowanie ultrafioletowe lub podczerwone, wolne elektrony mogą zyskać tak dużo energii, że albo zostaną zepchnięte ze swojej orbity, albo mogą wkrótce rozproszyć energię w postaci ciepła, uszkadzając w ten sposób pigment molekuły. Tak więc to zdolność pigmentu do pochłaniania energii widzialnej długości fali jest ważna dla zajścia fotosyntezy.