PIGMENTS FOTOSINTÈTICS: CARACTERÍSTIQUES I TIPUS PRINCIPALS - BIOLOGIA - 2025

Els pigments fotosintètics són compostos químics que absorbeixen i reflecteixen certes longituds d'ona de la llum visible, la qual cosa els fa semblar «colorits». Diferents tipus de plantes, algues i cianobacteris posseeixen pigments fotosintètics, que absorbeixen a diferents longituds d'ona i generen diferents colors, principalment verds, grocs i vermells.

Aquests pigments són necessaris per alguns organismes autòtrofs, com les plantes, perquè les ajuden a aprofitar un ampli rang de longituds d'ona per produir els seus aliments en la fotosíntesi. Com cada pigment reacciona només amb algunes longituds d'ona, hi ha diferents pigments que permeten capturar major quantitat de llum (fotons).

Característiques

Com es va dir anteriorment, els pigments fotosintètics són elements químics que s'encarreguen d'absorbir la llum necessària perquè pugui generar-se el procés de fotosíntesi. Mitjançant la fotosíntesi, l'energia de el Sol es converteix en energia química i sucres.

La llum solar està composta per diverses longituds d'ona, que posseeixen diferents colors i nivells d'energia. No totes les longituds d'ona són usades per igual en la fotosíntesi, raó per la qual hi ha diferents tipus de pigments fotosintètics.

Els organismes fotosintètics contenen pigments que absorbeixen només les longituds d'ona de la llum visible i reflecteixen altres. El conjunt de longituds d'ona absorbides per un pigment és el seu espectre d'absorció.

Un pigment absorbeix certes longituds d'ona, i les que no absorbeix les reflecteix; el color és simplement la llum reflectida pels pigments. Per exemple, les plantes semblen verdes perquè contenen moltes molècules de clorofil·la a i b, els quals reflecteixen la llum verda.

Tipus de pigments fotosintètics

Els pigments fotosintètics es poden dividir en tres tipus: clorofil·les, carotenoides i ficobilinas.

clorofil·les

Les clorofil·les són pigments fotosintètics de color verd que contenen en la seva estructura un anell de porfirina. Són molècules estables en forma d'anell al voltant de les quals els electrons són lliures de migrar.

A causa que els electrons es mouen lliurement, l'anell té el potencial de guanyar o perdre electrons amb facilitat i, per tant, té el potencial de proporcionar electrons energitzats a altres molècules. Aquest és el procés fonamental pel qual la clorofil·la «captura» l'energia de la llum solar.

Tipus de clorofil·les

Hi ha diversos tipus de clorofil·la: a, b, c, di e. D'aquestes, només dos es troben en els cloroplasts de les plantes superiors: la clorofil·la ai la clorofil·la b. La més important és la clorofil·la "a", ja que està present en plantes, algues i cianobacteris fotosintètics.

La clorofil·la "a" fa possible la fotosíntesi perquè transfereix els seus electrons activats a altres molècules que fabricaran sucres.

Un segon tipus de clorofil·la és la clorofil·la «b», la qual es troba sol en les anomenades algues verdes ia les plantes. Per la seva banda, la clorofil·la «c» es troba sol en els membres fotosintètics de el grup Chromista, com en els dinoflagel·lats.

Les diferències entre les clorofil·les d'aquests grups principals va ser una de les primeres mostres que no estaven tan estretament relacionades com es pensava anteriorment.

La quantitat de clorofil·la «b» és aproximadament una quarta part de l'contingut total de clorofil·la. Per la seva banda, la clorofil·la "a" es troba en totes les plantes fotosintètiques, per la qual cosa es denomina pigment fotosintètic universal. També li diuen pigment fotosintètic primari perquè realitza la reacció primària de la fotosíntesi.

De tots els pigments que participen en la fotosíntesi, la clorofil·la compleix un paper fonamental. Per aquesta raó, a la resta dels pigments fotosintètics se'ls coneix com pigments accessoris.

L'ús de pigments accessoris permet absorbir un rang més ampli de longituds d'ona i, per tant, capturar més energia de la llum solar.

carotenoides

Els carotenoides són un altre grup important de pigments fotosintètics. Aquests absorbeixen llum violeta i blau verdosa.

Els carotenoides proporcionen els colors brillants que presenten les fruites; per exemple, el vermell de la tomata es deu a la presència de l'licopè, el groc de les llavors de blat de moro és causat per la zeaxantina, i el taronja de les closques de taronges es deu a l'β-carotè.

Tots aquests carotenoides són importants per atraure els animals i promoure la dispersió de les llavors de la planta.

Com tots els pigments fotosintètics, els carotenoides ajuden a capturar la llum però també compleixen una altra funció important: eliminar l'excés d'energia provinent de el Sol.

Així, si un full rep gran quantitat d'energia i aquesta energia no està sent utilitzada, aquest excés pot danyar les molècules de l'complex fotosintètic. Els carotenoides participen en l'absorció de l'energia sobrant i ajuden a dissipar en forma de calor.

Els carotenoides generalment són pigments vermells, taronges o grocs, i inclouen el conegut compost carotè, que dóna color a les pastanagues. Aquests compostos estan formats per dos petits anells de sis carbonis connectats per una «cadena» d'àtoms de carboni.

Com a resultat de la seva estructura molecular, aquests no es dissolen en aigua sinó que s'uneixen a les membranes dins de la cèl·lula.

Els carotenoides no poden utilitzar directament l'energia de la llum per a la fotosíntesi, sinó que han de transferir l'energia absorbida a la clorofil·la. Per aquesta raó, es consideren pigments accessoris. Un altre exemple d'un pigment accessori molt visible és la fucoxantina, que li dóna el color marró a les algues marines ia les diatomees.

Els carotenoides es poden classificar en dos grups: carotens i xantofil·les.

carotens

Els carotens són compostos orgànics àmpliament distribuïts com pigments en plantes i animals. La seva fórmula general és C40H56 i no contenen oxigen. Aquests pigments són hidrocarburs insaturats; és a dir, que tenen molts enllaços dobles i pertanyen a la sèrie isoprenoide.

En les plantes, els carotens imparteixen colors grocs, taronges o vermells a les flors (calèndula), fruites (carabassa) i arrels (pastanaga). En animals són visibles en greixos (mantega), rovells d'ou, plomes (canari) i closques (llagosta).

El carotè més comú és el β-carotè, el qual és el precursor de la vitamina A i es considera molt important per als animals.

xantofilas

Les xantofilas són pigments grocs l'estructura molecular és similar a la dels carotens, però amb la diferència que contenen àtoms d'oxigen. Alguns exemples són: C40H56O (criptoxantina), C40H56O2 (luteïna, zeaxantina) i C40H56O6, que és la fucoxantina característica de les algues marrons esmentada anteriorment.

En general, els carotens tenen un color més ataronjat que les xantofil·les. Tant els carotens com les xantofil·les són solubles en dissolvents orgànics com el cloroform, l'èter etílic, entre d'altres. Els carotens són més solubles en l'disulfur de carboni en comparació amb les xantofil·les.

Funcions dels carotenoides

- Els carotenoides funcionen com pigments accessoris. Absorbeixen l'energia radiant a la regió mitjana de l'espectre visible i la transfereixen a la clorofil·la.

- Protegeixen els components de l'cloroplast de l'oxigen generat i alliberat durant la fotòlisi de l'aigua. Els carotenoides recullen aquest oxigen per mitjà dels seus dobles enllaços i canvien la seva estructura molecular a un estat de menor energia (inofensiu).

- L'estat excitat de la clorofil·la reacciona amb l'oxigen molecular per formar un estat d'oxigen altament nociu anomenat oxigen singlet. Els carotenoides prevenen això a l'apagar l'estat d'excitació de la clorofil·la.

- Tres xantofilas (violoxantina, antheroxantina i zeaxantina) participen en la dissipació de l'excés d'energia mitjançant la conversió de la mateixa en calor.

- Pel seu color, els carotenoides fan que les flors i fruits siguin visibles per a la pol·linització i dispersió pels animals.

ficobilinas

Les ficobilinas són pigments solubles en aigua i, per tant, es troben en el citoplasma o en l'estroma de l'cloroplast. Ocorren només en cianobacteris i en algues vermelles (Rhodophyta).

Les ficobilinas no només són importants per als organismes que les utilitzen per absorbir l'energia de la llum, sinó que també s'utilitzen com a eines d'investigació.

A l'exposar a una llum intensa compostos com la pycocianina i la ficoeritrina, aquests absorbeixen l'energia de la llum i l'alliberen emetent fluorescència en un rang molt estret de longituds d'ona.

La llum produïda per aquesta fluorescència és tan distintiva i fiable, que les ficobilinas es poden usar com a «etiquetes» químiques. Aquestes tècniques es fan servir àmpliament en la investigació de el càncer per «marcar» les cèl·lules tumorals.

referències

1. Bianchi, T. & Canuel, I. (2011). Chemical Biomarkers in Aquatic Ecosystems (1st ed.). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8th ed.). WH Freeman and Company Publishers.
3. Goldberg, D. (2010). Barron 's AP Biology (3rd ed.). Barron 's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Physicochemical and Environmental Plant Physiology (4th ed.). Elsevier Inc.
5. Photosynthetic Pigments. Recuperat de: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Primary Processes of Photosynthesis: Principles and Apparatus (IL. Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, I., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (7th ed.) Cengage Learning.