Химическое строение и свойства пигментов, принимающих участие в процессе фотосинтеза

Все фотосинтезирующие организмы содержат один или несколько органических пигментов, способных поглощать видимый свет, запуская тем самым химические реакции фотосинтеза. В растениях встречаются пигменты трех основных классов - хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины. Хлорофиллы являются основными пигментами, поскольку принимают непосредственное участие в процессе фотосинтеза. Каротиноиды и фикобилины называют вспомогательными пигментами в силу того, что энергия квантов света, поглощенных этими пигментами, обычно передается на хлорофилл a.

Хлорофиллы придают растениям характерный зеленый цвет (т. к. отражают зеленую часть спектра). Они нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. Хлорофилл а имеет голубовато-зеленый цвет, хлорофилл b - желтовато-зеленый. Хлорофилл а имеется у всех фотосинтезирующих организмов, способных к выделению кислорода. Хлорофилл b обнаружен в листьях высших растений и в зеленых водорослях, причем его содержание примерно втрое меньше содержания хлорофилла а.

По химическому строению хлорофилл - это сложный эфир двухосновной хлорофиллиновой кислоты и двух остатков спиртов - фитола (C20H39OH) и метанола (CH3OH). В состав молекулы хлорофилла входит атом магния.

Хлорофилл в клетке уложен между белковым и липидным молекулами тилакоидов хлоропластов.

Каротиноиды - это желтые или оранжевые пигменты, найденные во всех фотосинтезирующих клетках. В зеленых листьях каротиноиды обычно незаметны из-за наличия в хлоропласт хлорофилла, но осенью, когда хлорофилл разрушается, именно каротиноиды придают листьям характерную осеннюю окраску.

По своему строению каротиноиды обычно являются либо углеводородами (каротины), либо окисленными углеводородами, т. е. кислородсодержащими (ксантофиллы). Поглощенная каротиноидами энергия может передаваться хлорофиллу a и использоваться для фотосинтеза. Кроме того, каротиноиды могут защищать молекулы хлорофилла от чрезмерного фотоокисления на ярком свету.

Красные водоросли содержат фикобилины. Эти пигменты представляют собой тетрапиррольные структуры, похожие на хлорофилл а, но с линейным расположением пиррольных колец. Кроме того, они не имеют фитольной цепи и не содержат магния. Известны три класса фикобилинов - фикоэритрины, фикоцианины и аллофикоцианины. Фикоэритрины поглощают свет в середине видимой области спектра (500-570 нм). Эта особенность позволяет красным водорослям, живущим глубоко под водой, осуществлять фотосинтез, пользуясь слабым голубовато-зеленым светом, прошедшим сквозь толщу воды. Чем глубже обитают красные водоросли, тем больше они содержат фикоэритрина по сравнению с хлорофиллом. Голубые пигменты фикоцианины встречаются также у цианобактерий, живущих на поверхности водоемов и на суше.

Читать далее