PIGMEN FOTOSINTETIK: CIRI DAN JENIS UTAMA - BIOLOGI - 2026

The pigmen fotosintesis adalah bahan kimia yang menyerap dan mencerminkan gelombang tertentu cahaya yang boleh dilihat, yang membuat mereka muncul "berwarna-warni". Jenis tumbuhan yang berbeza, alga dan sianobakteria mempunyai pigmen fotosintetik, yang menyerap pada panjang gelombang yang berbeza dan menghasilkan warna yang berbeza, terutamanya hijau, kuning dan merah.

Pigmen ini diperlukan untuk beberapa organisma autotrofik, seperti tumbuh-tumbuhan, kerana ia membantu mereka memanfaatkan pelbagai panjang gelombang untuk menghasilkan makanan mereka dalam fotosintesis. Oleh kerana setiap pigmen hanya bertindak balas dengan beberapa panjang gelombang, terdapat pigmen yang berbeza yang memungkinkan lebih banyak cahaya ditangkap (foton).

ciri-ciri

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pigmen fotosintetik adalah unsur kimia yang bertanggungjawab untuk menyerap cahaya yang diperlukan agar proses fotosintesis berlaku. Melalui fotosintesis, tenaga dari Matahari diubah menjadi tenaga kimia dan gula.

Cahaya matahari terdiri dari panjang gelombang yang berbeza, yang mempunyai warna dan tahap tenaga yang berbeza. Tidak semua panjang gelombang digunakan sama dalam fotosintesis, itulah sebabnya terdapat pelbagai jenis pigmen fotosintesis.

Organisma fotosintetik mengandungi pigmen yang hanya menyerap panjang gelombang cahaya yang dapat dilihat dan memantulkan yang lain. Set panjang gelombang yang diserap oleh pigmen adalah spektrum penyerapannya.

Pigmen menyerap panjang gelombang tertentu, dan pigmen yang tidak diserap dipantulkan; warnanya hanyalah cahaya yang dipantulkan oleh pigmen. Sebagai contoh, tumbuhan kelihatan hijau kerana mengandungi banyak molekul klorofil a dan b, yang memantulkan cahaya hijau.

Jenis pigmen fotosintetik

Pigmen fotosintetik boleh dibahagikan kepada tiga jenis: klorofil, karotenoid, dan phycobilin.

Klorofil

Klorofil adalah pigmen fotosintetik hijau yang mengandungi cincin porfirin dalam strukturnya. Mereka adalah molekul berbentuk cincin yang stabil di mana elektron bebas untuk berhijrah.

Oleh kerana elektron bergerak bebas, cincin berpotensi untuk memperoleh atau kehilangan elektron dengan mudah dan oleh itu berpotensi memberikan elektron bertenaga ke molekul lain. Ini adalah proses asas di mana klorofil "menangkap" tenaga dari cahaya matahari.

Jenis klorofil

Terdapat beberapa jenis klorofil: a, b, c, d, dan e. Daripada jumlah tersebut, hanya dua yang terdapat dalam kloroplas tanaman yang lebih tinggi: klorofil a dan klorofil b. Yang paling penting ialah klorofil "a", kerana terdapat pada tumbuhan, alga dan cyanobacteria fotosintetik.

Klorofil "a" menjadikan fotosintesis dimungkinkan dengan memindahkan elektron yang diaktifkan ke molekul lain yang akan menghasilkan gula.

Jenis klorofil kedua adalah klorofil "b", yang hanya terdapat pada alga hijau dan tumbuhan. Sebaliknya, klorofil "c" hanya terdapat pada anggota fotosintetik kumpulan kromista, seperti dinoflagellates.

Perbezaan antara klorofil dalam kumpulan utama ini adalah salah satu tanda pertama bahawa mereka tidak berkait rapat seperti yang difikirkan sebelumnya.

Jumlah klorofil "b" adalah kira-kira satu perempat daripada jumlah kandungan klorofil. Sebaliknya, klorofil "a" terdapat di semua tumbuhan fotosintetik, itulah sebabnya ia disebut pigmen fotosintetik sejagat. Ia juga disebut pigmen fotosintesis primer kerana ia melakukan reaksi fotosintesis utama.

Dari semua pigmen yang mengambil bahagian dalam fotosintesis, klorofil memainkan peranan asas. Atas sebab ini, sisa pigmen fotosintetik dikenali sebagai pigmen aksesori.

Penggunaan pigmen aksesori memungkinkan untuk menyerap jarak panjang gelombang yang lebih luas dan dengan itu menangkap lebih banyak tenaga dari cahaya matahari.

Karotenoid

Karotenoid adalah kumpulan pigmen fotosintetik yang penting. Ini menyerap cahaya ungu dan hijau-biru.

Karotenoid memberikan warna terang yang terdapat pada buah; Sebagai contoh, warna merah pada tomato disebabkan oleh adanya likopena, kuning pada biji jagung disebabkan oleh zeaxanthin, dan oren pada kulit jeruk disebabkan oleh β-karoten.

Semua karotenoid ini penting dalam menarik haiwan dan mempromosikan penyebaran benih tanaman.

Seperti semua pigmen fotosintetik, karotenoid membantu menangkap cahaya tetapi ia juga berfungsi sebagai fungsi penting lain: menghilangkan lebihan tenaga dari Matahari.

Oleh itu, jika daun menerima sejumlah besar tenaga dan tenaga ini tidak digunakan, kelebihan ini dapat merosakkan molekul kompleks fotosintetik. Karotenoid terlibat dalam menyerap tenaga berlebihan dan membantu menghilangkannya sebagai haba.

Karotenoid umumnya berwarna merah, oren, atau pigmen kuning, dan termasuk karotena sebatian yang terkenal, yang memberi wortel warna mereka. Sebatian ini terdiri daripada dua cincin enam karbon kecil yang dihubungkan oleh "rantai" atom karbon.

Akibat struktur molekulnya, mereka tidak larut dalam air tetapi mengikat pada membran di dalam sel.

Karotenoid tidak dapat menggunakan tenaga cahaya secara langsung untuk fotosintesis, tetapi mesti memindahkan tenaga yang diserap ke klorofil. Atas sebab ini, mereka dianggap pigmen aksesori. Contoh lain dari pigmen aksesori yang sangat kelihatan ialah fucoxanthin, yang memberikan alga laut dan diatom warna coklat mereka.

Karotenoid boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: karoten dan xanthophylls.

Karoten

Karoten adalah sebatian organik yang banyak diedarkan sebagai pigmen pada tumbuhan dan haiwan. Formula umum mereka adalah C40H56 dan mereka tidak mengandungi oksigen. Pigmen ini adalah hidrokarbon tak jenuh; iaitu, mereka mempunyai banyak ikatan berganda dan tergolong dalam siri isoprenoid.

Pada tanaman, karoten memberikan warna kuning, oren, atau merah pada bunga (calendula), buah-buahan (labu), dan akar (wortel). Pada haiwan mereka dapat dilihat dalam lemak (mentega), kuning telur, bulu (kenari) dan kerang (udang galah).

Karotena yang paling biasa adalah β-karoten, yang merupakan pendahulu kepada vitamin A dan dianggap sangat penting bagi haiwan.

Xanthophylls

Xanthophylls adalah pigmen kuning yang struktur molekulnya serupa dengan karoten, tetapi dengan perbezaannya mengandungi atom oksigen. Beberapa contoh adalah: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) dan C40H56O6, yang merupakan ciri fucoxanthin alga coklat yang disebutkan di atas.

Karoten umumnya lebih berwarna oren daripada xanthophylls. Kedua-dua karoten dan xanthophylls larut dalam pelarut organik seperti kloroform, etil eter, antara lain. Karoten lebih larut dalam karbon disulfida berbanding dengan xanthophylls.

Fungsi karotenoid

- Karotenoid berfungsi sebagai pigmen aksesori. Mereka menyerap tenaga berseri di kawasan tengah spektrum yang dapat dilihat dan memindahkannya ke klorofil.

- Mereka melindungi komponen kloroplas dari oksigen yang dihasilkan dan dilepaskan semasa fotolisis air. Karotenoid mengambil oksigen ini melalui ikatan berganda mereka dan mengubah struktur molekulnya ke keadaan tenaga yang lebih rendah (tidak berbahaya).

- Keadaan klorofil yang teruja bertindak balas dengan oksigen molekul untuk membentuk keadaan oksigen yang sangat merosakkan yang disebut singlet oksigen. Karotenoid mencegahnya dengan mematikan keadaan klorofil yang teruja.

- Tiga xanthophylls (violoxanthin, antheroxanthin dan zeaxanthin) mengambil bahagian dalam pembuangan tenaga berlebihan dengan mengubahnya menjadi panas.

- Oleh kerana warnanya, karotenoid menjadikan bunga dan buah-buahan kelihatan untuk pendebungaan dan penyebaran oleh haiwan.

Phycobilin

Phycobilin adalah pigmen larut dalam air dan oleh itu terdapat di sitoplasma atau stroma kloroplas. Mereka hanya berlaku di cyanobacteria dan alga merah (Rhodophyta).

Phycobilin tidak hanya penting bagi organisma yang menggunakannya untuk menyerap tenaga dari cahaya, tetapi juga digunakan sebagai alat penyelidikan.

Apabila sebatian seperti pycocyanin dan phycoerythrin terkena cahaya yang kuat, mereka menyerap tenaga cahaya dan melepaskannya dengan memancarkan pendarfluor dalam jarak panjang gelombang yang sangat sempit.

Cahaya yang dihasilkan oleh pendarfluor ini sangat khas dan boleh dipercayai sehingga phycobilin dapat digunakan sebagai "tag" kimia. Teknik-teknik ini banyak digunakan dalam penyelidikan kanser untuk "menandai" sel-sel tumor.

Rujukan

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Biomarker Kimia dalam Ekosistem Akuatik (edisi pertama). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Biologi Tumbuhan Raven (edisi ke-8). WH Freeman dan Penerbit Syarikat.
3. Goldberg, D. (2010). Biologi AP Barron (edisi ke-3). Barron's Educational Series, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fisiologi Tumbuhan Fisikokimia dan Alam Sekitar (edisi ke-4). Elsevier Inc.
5. Pigmen Fotosintetik. Dipulihkan dari: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Proses Fotosintesis Utama: Prinsip dan Radas (IL. Ed.) Penerbitan RSC.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (Edisi ke-7) Pembelajaran Cengage.