خصائص أصباغ التمثيل الضوئي والأنواع الرئيسية

ال أصباغ التمثيل الضوئي إنها مركبات كيميائية تمتص وتعكس أطوال موجية معينة من الضوء المرئي ، مما يجعلها تبدو "ملونة". تحتوي الأنواع المختلفة من النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء على صبغات ضوئية تمتص بأطوال موجية مختلفة وتولد ألوانًا مختلفة ، خاصةً الأخضر والأصفر والأحمر..

هذه الأصباغ ضرورية لبعض الكائنات ذاتية التغذية ، مثل النباتات ، لأنها تساعدهم على الاستفادة من مجموعة واسعة من الأطوال الموجية لإنتاج طعامهم في عملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن كل صبغة تتفاعل فقط مع بعض الأطوال الموجية ، فهناك أصباغ مختلفة تسمح بالتقاط كمية أكبر من الضوء (فوتونات).

مؤشر

• 1 الخصائص
• 2 أنواع أصباغ التمثيل الضوئي
  • 2.1 الكلوروفيل
  • 2.2 الكاروتينات
  • 2.3 فيكوبيلين 
• 3 المراجع

ملامح

كما هو مذكور أعلاه ، فإن أصباغ التمثيل الضوئي هي عناصر كيميائية مسؤولة عن امتصاص الضوء اللازم حتى يمكن إنشاء عملية التمثيل الضوئي. من خلال التمثيل الضوئي ، يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية وسكريات.

يتكون ضوء الشمس من أطوال موجية مختلفة ، لها ألوان ومستويات طاقة مختلفة. لا تستخدم جميع الأطوال الموجية بالتساوي في عملية التمثيل الضوئي ، وهذا هو السبب في وجود أنواع مختلفة من أصباغ التمثيل الضوئي.

تحتوي الكائنات التركيبية الضوئية على أصباغ تمتص فقط الأطوال الموجية للضوء المرئي وتعكس الآخرين. مجموعة أطوال الموجة التي يمتصها الصباغ هي طيف الامتصاص.

يمتص الصباغ بعض الأطوال الموجية وتلك التي لا تمتصه تعكسها ؛ اللون هو ببساطة الضوء الذي تنعكس الأصباغ. على سبيل المثال ، تبدو النباتات خضراء لأنها تحتوي على العديد من جزيئات الكلوروفيل a و b ، والتي تعكس الضوء الأخضر.

أنواع أصباغ التمثيل الضوئي

يمكن تقسيم أصباغ التمثيل الضوئي إلى ثلاثة أنواع: الكلوروفيل والكاروتينات والفيكوبيلين.

الكلوروفيل

الكلوروفيل عبارة عن أصباغ خضراء ضوئية تحتوي على حلقة بورفيرين في بنيتها. إنها جزيئات مستقرة على شكل حلقة حولها الإلكترونات حرة للهجرة.

نظرًا لأن الإلكترونات تتحرك بحرية ، فإن الحلقة لديها القدرة على اكتساب أو فقدان الإلكترونات بسهولة ، وبالتالي ، لديها القدرة على توفير الإلكترونات المنشطة لجزيئات أخرى. هذه هي العملية الأساسية التي يستحوذ بها الكلوروفيل على طاقة ضوء الشمس.

أنواع الكلوروفيل

هناك عدة أنواع من الكلوروفيل: أ ، ب ، ج ، د ، هـ. من هذه ، تم العثور على اثنين فقط في البلاستيدات الخضراء من النباتات العليا: الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب. الأهم هو الكلوروفيل "a" ، لأنه موجود في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء الاصطناعية.

الكلوروفيل "أ" يجعل عملية التمثيل الضوئي ممكنة لأنها تنقل إلكتروناتها المنشطة إلى جزيئات أخرى من شأنها أن تجعل السكريات.

النوع الثاني من الكلوروفيل هو الكلوروفيل "ب" ، والذي يوجد فقط في ما يسمى بالطحالب والنباتات الخضراء. من ناحية أخرى ، يوجد الكلوروفيل "c" فقط في أعضاء التمثيل الضوئي لمجموعة chromist ، كما هو الحال في dinoflagellates.

كانت الاختلافات بين الكلوروفيل في هذه المجموعات الرئيسية واحدة من أولى علامات عدم ارتباطها بشكل وثيق كما كان يعتقد سابقًا.

تبلغ كمية الكلوروفيل "ب" حوالي ربع إجمالي محتوى الكلوروفيل. من جانبها ، يوجد الكلوروفيل "a" في جميع النباتات التي تعمل بالتمثيل الضوئي ، وهذا ما يطلق عليه الصباغ الضوئي الضوئي العالمي. يسمونه أيضا الصباغ الضوئي الأولي لأنه يؤدي رد الفعل الأساسي لعملية التمثيل الضوئي.

من بين جميع الأصباغ التي تشارك في عملية التمثيل الضوئي ، يلعب الكلوروفيل دورًا أساسيًا. لهذا السبب ، تُعرف بقية أصباغ التمثيل الضوئي باسم أصباغ الملحقات.

يسمح استخدام أصباغ الملحقات بامتصاص مجموعة أكبر من الأطوال الموجية ، وبالتالي التقاط المزيد من الطاقة من أشعة الشمس.

الكاروتينات

الكاروتينات هي مجموعة مهمة أخرى من أصباغ التمثيل الضوئي. هذه تمتص الضوء البنفسجي والأزرق والأخضر.

الكاروتينات توفر الألوان الزاهية التي تظهر الفواكه. على سبيل المثال ، يرجع سبب الطماطم الأحمر إلى وجود اللايكوبين ، والصفراء من بذور الذرة ناتجة عن زيكسانثين ، والبرتقال في قشر البرتقال ناتج عن كاروتين β.

كل هذه الكاروتينات مهمة في جذب الحيوانات وتعزيز تشتت بذور النبات.

مثل كل أصباغ التمثيل الضوئي ، تساعد الكاروتينات في التقاط الضوء ولكنها تلعب أيضًا دورًا مهمًا آخر: إزالة الطاقة الزائدة من الشمس.

وبالتالي ، إذا تلقت ورقة كمية كبيرة من الطاقة ولم يتم استخدام هذه الطاقة ، فإن هذه الزيادة يمكن أن تلحق الضرر بجزيئات مركب التمثيل الضوئي. الكاروتينات تشارك في امتصاص الطاقة الزائدة وتساعد في تبديدها في شكل حرارة.

الكاروتينات عادة ما تكون صبغات حمراء أو برتقالية أو صفراء ، وتشمل مركب كاروتين معروف ، والذي يعطي اللون للجزر. تتشكل هذه المركبات من خلال حلقتين صغيرتين من ستة كربونات مرتبطة بـ "سلسلة" من ذرات الكربون.

نتيجة لتركيبها الجزيئي ، فإنها لا تذوب في الماء ولكن بدلاً من ذلك ترتبط بالأغشية الموجودة داخل الخلية.

لا يمكن أن تستخدم الكاروتينات مباشرة طاقة الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، ولكن يجب أن تنقل الطاقة الممتصة إلى الكلوروفيل. لهذا السبب ، فإنها تعتبر أصباغ التبعي. مثال آخر على صبغة التبعي المرئية للغاية وهو فوكوكسانثين ، الذي يعطي اللون البني للأعشاب البحرية والدياتومات.

يمكن تصنيف الكاروتينات إلى مجموعتين: الكاروتينات والأكسانثوفيل.

الكاروتينات

الكاروتينات هي مركبات عضوية موزعة على نطاق واسع كأصباغ في النباتات والحيوانات. صيغته العامة هي C40H56 ولا تحتوي على أكسجين. هذه الأصباغ هي هيدروكربونات غير مشبعة. وهذا هو ، لديهم العديد من الروابط المزدوجة وتنتمي إلى سلسلة isoprenoid.

في النباتات ، تضفي الكاروتينات ألوانًا صفراء أو برتقالية أو حمراء على الزهور (آذريون) والفواكه (القرع) والجذور (الجزر). تظهر في الحيوانات في الدهون (الزبدة) وصفار البيض والريش (الكناري) والأصداف (سرطان البحر).

كاروتين الأكثر شيوعًا هو β كاروتين ، وهو مقدمة فيتامين (أ) ويعتبر مهمًا جدًا للحيوانات.

زانثوفيل

الزانثوفيلز عبارة عن أصباغ صفراء يشبه تركيبها الجزيئي تلك الموجودة في الكاروتينات ، ولكن مع اختلاف أنها تحتوي على ذرات الأكسجين. بعض الأمثلة هي: C40H56O (الكريبتوكسانثين) ، C40H56O2 (لوتين ، زياكسانثين) و C40H56O6 ، وهو الفوكوكسانثين المميز للطحالب البنية المذكورة أعلاه.

بشكل عام ، يكون للكاروتينات لون برتقالي أكثر من الزانثوفيل. كل من الكاروتينات و xanthophylls قابلة للذوبان في المذيبات العضوية مثل الكلوروفورم ، إيثيل الإيثر ، من بين أشياء أخرى. الكاروتينات أكثر قابلية للذوبان في ثاني كبريتيد الكربون مقارنة مع xanthophylls.

وظائف الكاروتينات

- تعمل الكاروتينات كأصباغ ملحقة. امتصاص الطاقة المشعة في المنطقة الوسطى من الطيف المرئي ونقله إلى الكلوروفيل.

- إنها تحمي مكونات البلاستيدات الخضراء من الأكسجين الناتج والمصدر خلال تحلل الماء. تجمع الكاروتينات هذا الأكسجين من خلال روابطها المزدوجة وتغيير بنيتها الجزيئية إلى حالة من الطاقة المنخفضة (غير ضارة).

- تتفاعل حالة الكلوروفيل المنفعلة مع الأكسجين الجزيئي لتشكيل حالة أكسجين شديدة الضرر تسمى أكسدة القميص. الكاروتينات تمنع هذا عن طريق إيقاف حالة الإثارة للكلوروفيل.

- ثلاثة xanthophylls (violoxanthin ، antheroxanthin و zeaxanthin) يشاركون في تبديد الطاقة الزائدة عن طريق تحويلها إلى حرارة.

- بسبب لونها ، تجعل الكاروتينات الزهور والفواكه مرئية للتلقيح والتشتت بواسطة الحيوانات.

phycobilins 

phycobilins هي أصباغ قابلة للذوبان في الماء ، وبالتالي ، توجد في السيتوبلازم أو سدى البلاستيدات الخضراء. تحدث فقط في البكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء (رودوفيتا).

Phycobilins ليست مهمة فقط للكائنات التي تستخدمها لامتصاص طاقة الضوء ، ولكنها تستخدم أيضًا كأدوات بحثية.

عندما تتعرض لمركبات ضوئية شديدة مثل بيكوسيانين وفيكويريثرين ، فإنها تمتص طاقة الضوء وتطلقها التي تنبعث منها مضان في مجموعة ضيقة للغاية من الأطوال الموجية.

الضوء الذي ينتج عن هذا الفلورسنت مميز وموثوق للغاية ، بحيث يمكن استخدام phycobilins كـ "ملصقات" كيميائية. تستخدم هذه التقنيات على نطاق واسع في أبحاث السرطان "لتمييز" الخلايا السرطانية.

مراجع

1. بيانكي ، ت. و كانويل ، إي (2011). المؤشرات الحيوية الكيميائية في النظم الايكولوجية المائية (1st ed.). مطبعة جامعة برينستون.
2. Evert، R. & Eichhorn، S. (2013). بيولوجيا الغراب من النباتات (الطبعة الثامنة). دبليو اتش فريمان وشركة النشر.
3. جولدبرج ، د. (2010). بارون AP بيولوجيا (3rd ed.). سلسلة بارون التعليمية ، وشركة.
4. نوبل ، د. (2009). فسيولوجيا النبات والكيمياء البيئية (الطبعة الرابعة). شركة إلسفير.
5. أصباغ التمثيل الضوئي. تم الاسترجاع من: ucmp.berkeley.edu
6. Renger، G. (2008). العمليات الأولية لعملية التمثيل الضوئي: المبادئ والأجهزة (IL ed.) RSC Publishing.
7. Solomon، E.، Berg، L. & Martin، D. (2004). علم الاحياء (الطبعة 7) Cengage التعلم.