- ลักษณะเฉพาะ
- ประเภทของเม็ดสีสังเคราะห์ด้วยแสง
- คลอโรฟิลล์
- ประเภทของคลอโรฟิลล์
- แคโรทีนอยด์
- แคโรทีน
- แซนโธฟิลล์
- หน้าที่ของแคโรทีนอยด์
- ไฟโคบิลิน
- อ้างอิง
เม็ดสีสังเคราะห์เป็นสารประกอบทางเคมีที่ดูดซับและสะท้อนให้เห็นถึงความยาวคลื่นหนึ่งของแสงที่มองเห็นซึ่งจะทำให้ พวกเขา ปรากฏ "สีสัน" พืชสาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรียประเภทต่างๆมีรงควัตถุสังเคราะห์แสงซึ่งดูดซับที่ความยาวคลื่นต่างกันและสร้างสีที่แตกต่างกันโดยส่วนใหญ่เป็นสีเขียวสีเหลืองและสีแดง
เม็ดสีเหล่านี้จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคบางชนิดเช่นพืชเนื่องจากช่วยให้พวกมันใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่นที่หลากหลายเพื่อผลิตอาหารในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เนื่องจากเม็ดสีแต่ละชนิดทำปฏิกิริยากับความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้นจึงมีเม็ดสีที่แตกต่างกันซึ่งทำให้สามารถจับแสงได้มากขึ้น (โฟตอน)
ลักษณะเฉพาะ
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เม็ดสีสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีหน้าที่ในการดูดซับแสงที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสงที่จะเกิดขึ้น พลังงานจากดวงอาทิตย์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีและน้ำตาลด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง
แสงแดดประกอบด้วยความยาวคลื่นที่แตกต่างกันซึ่งมีสีและระดับพลังงานที่แตกต่างกัน ความยาวคลื่นทั้งหมดไม่ได้ถูกนำมาใช้อย่างเท่าเทียมกันในการสังเคราะห์แสงซึ่งเป็นสาเหตุที่มีเม็ดสีสังเคราะห์แสงประเภทต่างๆ
สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยเม็ดสีที่ดูดซับเฉพาะความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้และสะท้อนแสงอื่น ๆ ชุดของความยาวคลื่นที่เม็ดสีดูดซับคือสเปกตรัมการดูดซึม
เม็ดสีจะดูดซับความยาวคลื่นบางช่วงและสิ่งที่ไม่ดูดซับจะสะท้อนออกมา สีเป็นเพียงแสงที่สะท้อนจากเม็ดสี ตัวอย่างเช่นพืชมีสีเขียวเนื่องจากมีคลอโรฟิลล์โมเลกุล a และ b จำนวนมากซึ่งสะท้อนแสงสีเขียว
ประเภทของเม็ดสีสังเคราะห์ด้วยแสง
รงควัตถุสังเคราะห์แสงแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ คลอโรฟิลล์แคโรทีนอยด์และไฟโคบิลิน
คลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์เป็นเม็ดสีสังเคราะห์แสงสีเขียวที่มีวงแหวนพอร์ไฟรินในโครงสร้าง เป็นโมเลกุลรูปวงแหวนที่เสถียรซึ่งอิเล็กตรอนมีอิสระในการโยกย้าย
เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระวงแหวนจึงมีศักยภาพที่จะได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายดังนั้นจึงมีศักยภาพในการให้พลังงานอิเล็กตรอนแก่โมเลกุลอื่น ๆ นี่เป็นกระบวนการพื้นฐานที่คลอโรฟิลล์ "จับ" พลังงานจากแสงแดด
ประเภทของคลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์มีหลายประเภท: a, b, c, d และ e ในจำนวนนี้มีเพียงสองชนิดเท่านั้นที่พบในคลอโรพลาสต์ของพืชชั้นสูง ได้แก่ คลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์ข ที่สำคัญที่สุดคือคลอโรฟิลล์ "a" เนื่องจากมีอยู่ในพืชสาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรียสังเคราะห์แสง
คลอโรฟิลล์ "a" ทำให้การสังเคราะห์แสงเป็นไปได้โดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่เปิดใช้งานไปยังโมเลกุลอื่นที่จะทำให้เป็นน้ำตาล
คลอโรฟิลล์ชนิดที่สองคือคลอโรฟิลล์ "b" ซึ่งพบเฉพาะในสาหร่ายสีเขียวและพืช ในส่วนของคลอโรฟิลล์ "c" พบได้เฉพาะในสมาชิกสังเคราะห์แสงของกลุ่ม chromista เช่นไดโนแฟลเจลเลต
ความแตกต่างระหว่างคลอโรฟิลล์ในกลุ่มหลักเหล่านี้เป็นสัญญาณแรกที่บ่งบอกว่าพวกมันไม่ได้มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดอย่างที่เคยคิด
ปริมาณคลอโรฟิลล์ "b" ประมาณหนึ่งในสี่ของปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมด ในส่วนของมันคลอโรฟิลล์ "a" พบได้ในพืชสังเคราะห์แสงทุกชนิดจึงเรียกว่าเม็ดสีสังเคราะห์แสงสากล เรียกอีกอย่างว่ารงควัตถุสังเคราะห์แสงหลักเนื่องจากทำปฏิกิริยาหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสง
ในบรรดาเม็ดสีทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ด้วยแสงคลอโรฟิลล์มีบทบาทพื้นฐาน ด้วยเหตุนี้เม็ดสีสังเคราะห์แสงที่เหลือจึงเรียกว่าเม็ดสีเสริม
การใช้เม็ดสีเสริมช่วยให้สามารถดูดซับช่วงความยาวคลื่นได้กว้างขึ้นจึงจับพลังงานจากแสงแดดได้มากขึ้น
แคโรทีนอยด์
แคโรทีนอยด์เป็นกลุ่มเม็ดสีสังเคราะห์แสงที่สำคัญอีกกลุ่มหนึ่ง สิ่งเหล่านี้ดูดซับแสงสีม่วงและสีเขียวอมฟ้า
แคโรทีนอยด์ให้สีสดใสของผลไม้ ตัวอย่างเช่นสีแดงในมะเขือเทศเกิดจากการมีไลโคปีนสีเหลืองในเมล็ดข้าวโพดเกิดจากซีแซนทีนและสีส้มในเปลือกส้มเกิดจากสารβ - แคโรทีน
แคโรทีนอยด์เหล่านี้มีความสำคัญในการดึงดูดสัตว์และส่งเสริมการกระจายตัวของเมล็ดพืช
เช่นเดียวกับเม็ดสีสังเคราะห์แสงแคโรทีนอยด์ช่วยจับแสง แต่ยังทำหน้าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งด้วยเช่นกันคือกำจัดพลังงานส่วนเกินจากดวงอาทิตย์
ดังนั้นหากใบไม้ได้รับพลังงานจำนวนมากและไม่มีการใช้พลังงานนี้ส่วนเกินนี้อาจทำลายโมเลกุลของสารสังเคราะห์แสงได้ แคโรทีนอยด์มีส่วนเกี่ยวข้องกับการดูดซับพลังงานส่วนเกินและช่วยกระจายความร้อน
โดยทั่วไปแคโรทีนอยด์จะมีสีแดงส้มหรือเหลืองและรวมถึงแคโรทีนผสมที่รู้จักกันดีซึ่งทำให้แครอทมีสี สารประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยวงแหวนคาร์บอนหกวงเล็ก ๆ สองวงที่เชื่อมต่อกันด้วย "โซ่" ของอะตอมของคาร์บอน
อันเป็นผลมาจากโครงสร้างโมเลกุลของพวกมันจึงไม่ละลายในน้ำ แต่จะจับกับเยื่อหุ้มภายในเซลล์แทน
แคโรทีนอยด์ไม่สามารถใช้พลังงานของแสงโดยตรงในการสังเคราะห์แสงได้ แต่ต้องถ่ายโอนพลังงานที่ดูดซึมไปยังคลอโรฟิลล์ ด้วยเหตุนี้จึงถือว่าเป็นเม็ดสีเสริม อีกตัวอย่างหนึ่งของเม็ดสีเสริมที่มองเห็นได้ชัดเจนคือฟูโคแซนธินซึ่งทำให้สาหร่ายทะเลและไดอะตอมมีสีน้ำตาล
แคโรทีนอยด์แบ่งได้เป็นสองกลุ่ม ได้แก่ แคโรทีนและแซนโธฟิลล์
แคโรทีน
Carotenes เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่กระจายอยู่ทั่วไปเป็นเม็ดสีในพืชและสัตว์ สูตรทั่วไปของพวกเขาคือ C40H56 และไม่มีออกซิเจน รงควัตถุเหล่านี้เป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว นั่นคือพวกมันมีพันธะคู่จำนวนมากและอยู่ในอนุกรมไอโซพรีนอยด์
ในพืชแคโรทีนจะให้สีเหลืองส้มหรือแดงแก่ดอกไม้ (ดาวเรือง) ผลไม้ (ฟักทอง) และราก (แครอท) ในสัตว์มีไขมัน (เนย) ไข่แดงขนนก (นกขมิ้น) และเปลือกหอย (กุ้งก้ามกราม)
แคโรทีนที่พบมากที่สุดคือβ-carotene ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของวิตามินเอและถือว่าสำคัญมากสำหรับสัตว์
แซนโธฟิลล์
แซนโธฟิลล์เป็นเม็ดสีสีเหลืองที่มีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายกับแคโรทีน แต่มีความแตกต่างกันที่อะตอมของออกซิเจน ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (ลูทีน, ซีแซนทีน) และ C40H56O6 ซึ่งเป็นลักษณะของฟูคอกแซนธินของสาหร่ายสีน้ำตาลที่กล่าวถึงข้างต้น
โดยทั่วไปแคโรทีนจะมีสีส้มมากกว่าแซนโธฟิลล์ ทั้ง carotenes และ xanthophylls สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์เช่นคลอโรฟอร์มเอทิลอีเธอร์เป็นต้น แคโรทีนสามารถละลายได้ในคาร์บอนไดซัลไฟด์เมื่อเทียบกับแซนโธฟิลล์
หน้าที่ของแคโรทีนอยด์
- แคโรทีนอยด์ทำหน้าที่เป็นเม็ดสีเสริม พวกมันดูดซับพลังงานที่เปล่งประกายในบริเวณตรงกลางของสเปกตรัมที่มองเห็นได้และถ่ายโอนไปยังคลอโรฟิลล์
- ปกป้องส่วนประกอบของคลอโรพลาสต์จากออกซิเจนที่สร้างและปล่อยออกมาในระหว่างการโฟโตไลซิสของน้ำ แคโรทีนอยด์รับออกซิเจนนี้ผ่านพันธะคู่และเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลให้มีพลังงานต่ำลง (ไม่เป็นอันตราย)
- สถานะที่ตื่นเต้นของคลอโรฟิลล์ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจนเพื่อสร้างสถานะออกซิเจนที่สร้างความเสียหายอย่างมากเรียกว่าออกซิเจนสายเดี่ยว แคโรทีนอยด์ป้องกันสิ่งนี้โดยการปิดสถานะที่ตื่นเต้นของคลอโรฟิลล์
- แซนโธฟิลล์ 3 ชนิด (วิโอออกแซนธินแอนฮีโรแซนธินและซีแซนทีน) มีส่วนร่วมในการสลายพลังงานส่วนเกินโดยเปลี่ยนเป็นความร้อน
- เนื่องจากสีของมันแคโรทีนอยด์จึงทำให้ดอกไม้และผลไม้สามารถมองเห็นได้เพื่อการผสมเกสรและการแพร่กระจายของสัตว์
ไฟโคบิลิน
ไฟโคบิลินเป็นรงควัตถุที่ละลายน้ำได้ดังนั้นจึงพบได้ในไซโทพลาสซึมหรือสโตรมาของคลอโรพลาสต์ เกิดเฉพาะในไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่ายสีแดง (Rhodophyta)
ไฟโคบิลินไม่เพียง แต่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตที่ใช้เพื่อดูดซับพลังงานจากแสงเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นเครื่องมือในการวิจัยอีกด้วย
เมื่อสารประกอบเช่น pycocyanin และ phycoerythrin สัมผัสกับแสงจ้าพวกมันจะดูดซับพลังงานของแสงและปลดปล่อยออกมาโดยการเรืองแสงในช่วงความยาวคลื่นที่แคบมาก
แสงที่เกิดจากการเรืองแสงนี้มีความโดดเด่นและเชื่อถือได้มากว่าไฟโคบิลินสามารถใช้เป็น "แท็ก" ทางเคมีได้ เทคนิคเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยโรคมะเร็งเพื่อ "แท็ก" เซลล์เนื้องอก
อ้างอิง
- Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพทางเคมีในระบบนิเวศทางน้ำ (ฉบับที่ 1) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน
- Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8th ed.). WH Freeman และผู้จัดพิมพ์ของ บริษัท
- โกลด์เบิร์ก, D. (2010). ชีววิทยา AP ของ Barron (ฉบับที่ 3) ซีรี่ส์การศึกษาของ Barron, Inc.
- โนเบล, D. (2009). สรีรวิทยาของพืชเคมีกายภาพและสิ่งแวดล้อม (4th ed.). Elsevier Inc.
- รงควัตถุสังเคราะห์แสง กู้คืนจาก: ucmp.berkeley.edu
- Renger, G. (2008). กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงขั้นต้น: หลักการและเครื่องมือ (IL. Ed.) สำนักพิมพ์ RSC.
- Solomon, E. , Berg, L. & Martin, D. (2004). ชีววิทยา (7th ed.) Cengage Learning.