PIGMENTI FOTOSINTETICI: CARATTERISTICHE E PRINCIPALI TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

I pigmenti fotosintetici sono composti chimici che assorbono e riflettono determinate lunghezze d'onda della luce visibile, il che li fa apparire "colorati". Diversi tipi di piante, alghe e cianobatteri hanno pigmenti fotosintetici, che assorbono a diverse lunghezze d'onda e generano diversi colori, principalmente verde, giallo e rosso.

Questi pigmenti sono necessari per alcuni organismi autotrofi, come le piante, perché li aiutano a sfruttare una vasta gamma di lunghezze d'onda per produrre il loro cibo nella fotosintesi. Poiché ogni pigmento reagisce solo con alcune lunghezze d'onda, ci sono pigmenti diversi che consentono di catturare più luce (fotoni).

caratteristiche

Come accennato in precedenza, i pigmenti fotosintetici sono elementi chimici responsabili dell'assorbimento della luce necessaria per il processo di fotosintesi. Attraverso la fotosintesi, l'energia del Sole viene convertita in energia chimica e zuccheri.

La luce solare è composta da diverse lunghezze d'onda, che hanno colori e livelli di energia diversi. Non tutte le lunghezze d'onda vengono utilizzate allo stesso modo nella fotosintesi, motivo per cui esistono diversi tipi di pigmenti fotosintetici.

Gli organismi fotosintetici contengono pigmenti che assorbono solo le lunghezze d'onda della luce visibile e riflettono gli altri. L'insieme delle lunghezze d'onda assorbite da un pigmento è il suo spettro di assorbimento.

Un pigmento assorbe determinate lunghezze d'onda e quelle che non assorbe vengono riflesse; il colore è semplicemente la luce riflessa dai pigmenti. Ad esempio, le piante appaiono verdi perché contengono molte molecole di clorofilla aeb, che riflettono la luce verde.

Tipi di pigmenti fotosintetici

I pigmenti fotosintetici possono essere suddivisi in tre tipi: clorofille, carotenoidi e ficobiline.

Clorofille

Le clorofille sono pigmenti fotosintetici verdi che contengono un anello di porfirina nella loro struttura. Sono molecole stabili a forma di anello attorno alle quali gli elettroni sono liberi di migrare.

Poiché gli elettroni si muovono liberamente, l'anello ha il potenziale per guadagnare o perdere facilmente elettroni e quindi ha il potenziale per fornire elettroni energizzati ad altre molecole. Questo è il processo fondamentale mediante il quale la clorofilla "cattura" l'energia dalla luce solare.

Tipi di clorofille

Esistono diversi tipi di clorofilla: a, b, c, d ed e. Di questi, solo due si trovano nei cloroplasti delle piante superiori: clorofilla a e clorofilla b. La più importante è la clorofilla "a", presente nelle piante, nelle alghe e nei cianobatteri fotosintetici.

La clorofilla "a" rende possibile la fotosintesi trasferendo i suoi elettroni attivati ​​ad altre molecole che produrranno zuccheri.

Un secondo tipo di clorofilla è la clorofilla "b", che si trova solo nelle cosiddette alghe verdi e nelle piante. Da parte sua, la clorofilla "c" si trova solo nei membri fotosintetici del gruppo dei cromisti, come i dinoflagellati.

Le differenze tra le clorofille in questi gruppi principali erano uno dei primi segni che non erano così strettamente correlate come si pensava in precedenza.

La quantità di clorofilla "b" è circa un quarto del contenuto totale di clorofilla. Da parte sua, la clorofilla "a" si trova in tutte le piante fotosintetiche, motivo per cui è chiamata pigmento fotosintetico universale. È anche chiamato pigmento fotosintetico primario perché esegue la reazione primaria della fotosintesi.

Tra tutti i pigmenti che partecipano alla fotosintesi, la clorofilla gioca un ruolo fondamentale. Per questo motivo, il resto dei pigmenti fotosintetici sono noti come pigmenti accessori.

L'uso di pigmenti accessori gli consente di assorbire una gamma più ampia di lunghezze d'onda e quindi di catturare più energia dalla luce solare.

Carotenoidi

I carotenoidi sono un altro importante gruppo di pigmenti fotosintetici. Questi assorbono la luce viola e blu-verde.

I carotenoidi forniscono i colori brillanti che i frutti presentano; Ad esempio, il rosso nei pomodori è dovuto alla presenza di licopene, il giallo nei semi di mais è causato dalla zeaxantina e l'arancia nelle bucce d'arancia è dovuto al β-carotene.

Tutti questi carotenoidi sono importanti per attirare gli animali e favorire la dispersione dei semi della pianta.

Come tutti i pigmenti fotosintetici, i carotenoidi aiutano a catturare la luce ma svolgono anche un'altra importante funzione: eliminare l'energia in eccesso dal Sole.

Quindi, se una foglia riceve una grande quantità di energia e questa energia non viene utilizzata, questo eccesso può danneggiare le molecole del complesso fotosintetico. I carotenoidi sono coinvolti nell'assorbire l'energia in eccesso e aiutano a dissiparla sotto forma di calore.

I carotenoidi sono generalmente pigmenti rossi, arancioni o gialli e includono il ben noto composto carotene, che conferisce alle carote il loro colore. Questi composti sono costituiti da due piccoli anelli di sei atomi di carbonio collegati da una "catena" di atomi di carbonio.

Come risultato della loro struttura molecolare, non si dissolvono in acqua ma si legano invece alle membrane all'interno della cellula.

I carotenoidi non possono utilizzare direttamente l'energia della luce per la fotosintesi, ma devono trasferire l'energia assorbita alla clorofilla. Per questo motivo sono considerati pigmenti accessori. Un altro esempio di pigmento accessorio altamente visibile è la fucoxantina, che conferisce alle alghe marine e alle diatomee il loro colore marrone.

I carotenoidi possono essere classificati in due gruppi: caroteni e xantofille.

Caroteni

I caroteni sono composti organici ampiamente distribuiti come pigmenti nelle piante e negli animali. La loro formula generale è C40H56 e non contengono ossigeno. Questi pigmenti sono idrocarburi insaturi; cioè hanno molti doppi legami e appartengono alla serie degli isoprenoidi.

Nelle piante, i caroteni conferiscono colori gialli, arancioni o rossi ai fiori (calendula), ai frutti (zucca) e alle radici (carota). Negli animali sono visibili nei grassi (burro), nei tuorli d'uovo, nelle piume (canarino) e nei gusci (aragosta).

Il carotene più comune è il β-carotene, che è il precursore della vitamina A ed è considerato molto importante per gli animali.

Xantofille

Le xantofille sono pigmenti gialli la cui struttura molecolare è simile a quella dei caroteni, ma con la differenza che contengono atomi di ossigeno. Alcuni esempi sono: C40H56O (criptoxantina), C40H56O2 (luteina, zeaxantina) e C40H56O6, che è la caratteristica fucoxantina delle alghe brune sopra menzionata.

I caroteni sono generalmente di colore più arancione rispetto alle xantofille. Sia i caroteni che le xantofille sono solubili in solventi organici come cloroformio, etere etilico, tra gli altri. I caroteni sono più solubili in disolfuro di carbonio rispetto alle xantofille.

Funzioni dei carotenoidi

- I carotenoidi funzionano come pigmenti accessori. Assorbono l'energia radiante nella regione centrale dello spettro visibile e la trasferiscono alla clorofilla.

- Proteggono i componenti del cloroplasto dall'ossigeno generato e rilasciato durante la fotolisi dell'acqua. I carotenoidi raccolgono questo ossigeno attraverso i loro doppi legami e cambiano la loro struttura molecolare in uno stato di energia inferiore (innocuo).

- Lo stato eccitato della clorofilla reagisce con l'ossigeno molecolare per formare uno stato dell'ossigeno altamente dannoso chiamato ossigeno singoletto. I carotenoidi lo prevengono disattivando lo stato eccitato della clorofilla.

- Tre xantofille (violoxantina, antheroxantina e zeaxantina) partecipano alla dissipazione dell'energia in eccesso convertendola in calore.

- A causa del loro colore, i carotenoidi rendono visibili fiori e frutti per l'impollinazione e la dispersione da parte degli animali.

Ficobiline

Le ficobiline sono pigmenti idrosolubili e si trovano quindi nel citoplasma o nello stroma del cloroplasto. Si verificano solo nei cianobatteri e nelle alghe rosse (Rhodophyta).

Le ficobiline non sono importanti solo per gli organismi che le usano per assorbire energia dalla luce, ma sono anche utilizzate come strumenti di ricerca.

Quando composti come la picocianina e la ficoeritrina sono esposti a una luce intensa, assorbono l'energia della luce e la rilasciano emettendo fluorescenza in una gamma molto ristretta di lunghezze d'onda.

La luce prodotta da questa fluorescenza è così distintiva e affidabile che le ficobiline possono essere utilizzate come "etichette" chimiche. Queste tecniche sono ampiamente utilizzate nella ricerca sul cancro per "etichettare" le cellule tumorali.

Riferimenti

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