SẮC TỐ QUANG HỢP: ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC LOẠI CHÍNH - SINH HỌC - 2026

Các sắc tố quang hợp là các hợp chất hóa học hấp thụ và phản xạ các bước sóng nhất định của ánh sáng nhìn thấy, làm cho chúng có màu sắc "sặc sỡ". Các loại thực vật khác nhau, tảo và vi khuẩn lam có các sắc tố quang hợp, chúng hấp thụ ở các bước sóng khác nhau và tạo ra các màu khác nhau, chủ yếu là xanh lục, vàng và đỏ.

Những sắc tố này cần thiết cho một số sinh vật tự dưỡng, chẳng hạn như thực vật, vì chúng giúp chúng tận dụng một loạt các bước sóng để tạo ra thức ăn trong quá trình quang hợp. Khi mỗi sắc tố chỉ phản ứng với một số bước sóng, có các sắc tố khác nhau cho phép thu được nhiều ánh sáng hơn (photon).

nét đặc trưng

Như đã nói ở trên, sắc tố quang hợp là những nguyên tố hóa học có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp diễn ra. Thông qua quá trình quang hợp, năng lượng từ Mặt trời được chuyển hóa thành năng lượng hóa học và đường.

Ánh sáng mặt trời được tạo thành từ các bước sóng khác nhau, có màu sắc và mức năng lượng khác nhau. Không phải tất cả các bước sóng đều được sử dụng như nhau trong quang hợp, đó là lý do tại sao có nhiều loại sắc tố quang hợp khác nhau.

Các sinh vật quang hợp chứa các sắc tố chỉ hấp thụ các bước sóng của ánh sáng nhìn thấy và phản xạ các sắc tố khác. Tập hợp các bước sóng được hấp thụ bởi một sắc tố là phổ hấp thụ của nó.

Một sắc tố hấp thụ các bước sóng nhất định, và những bước sóng mà nó không hấp thụ sẽ bị phản xạ; màu sắc chỉ đơn giản là ánh sáng phản chiếu bởi các sắc tố. Ví dụ, thực vật có màu xanh lục vì chúng chứa nhiều phân tử diệp lục a và b, phản xạ ánh sáng xanh lục.

Các loại sắc tố quang hợp

Sắc tố quang hợp có thể được chia thành ba loại: diệp lục, carotenoit và phycobilin.

Chất diệp lục

Chất diệp lục là sắc tố quang hợp màu xanh lục có chứa một vòng porphyrin trong cấu trúc của chúng. Chúng là các phân tử hình vòng ổn định xung quanh đó các điện tử tự do di chuyển.

Bởi vì các điện tử chuyển động tự do, vòng có khả năng thu hoặc mất điện tử dễ dàng và do đó có khả năng cung cấp các điện tử đã mang năng lượng cho các phân tử khác. Đây là quá trình cơ bản mà chất diệp lục "bắt" năng lượng từ ánh sáng mặt trời.

Các loại chất diệp lục

Có một số loại diệp lục: a, b, c, d và e. Trong số này, chỉ có hai loại được tìm thấy trong lục lạp của thực vật bậc cao: diệp lục a và diệp lục b. Quan trọng nhất là chất diệp lục "a", vì nó có trong thực vật, tảo và vi khuẩn lam quang hợp.

Chất diệp lục "a" làm cho quá trình quang hợp có thể thực hiện được bằng cách chuyển các điện tử đã hoạt hóa của nó sang các phân tử khác sẽ tạo ra đường.

Loại chất diệp lục thứ hai là chất diệp lục "b", chỉ được tìm thấy trong cái gọi là tảo lục và thực vật. Về phần mình, chất diệp lục "c" chỉ được tìm thấy trong các thành viên quang hợp của nhóm chromista, chẳng hạn như tảo hai lá mầm.

Sự khác biệt giữa các chất diệp lục trong các nhóm chính này là một trong những dấu hiệu đầu tiên cho thấy chúng không liên quan chặt chẽ như người ta vẫn nghĩ trước đây.

Lượng diệp lục "b" là khoảng một phần tư tổng lượng diệp lục. Về phần mình, chất diệp lục "a" được tìm thấy trong tất cả các thực vật quang hợp, đó là lý do tại sao nó được gọi là sắc tố quang hợp phổ quát. Nó còn được gọi là sắc tố quang hợp sơ cấp vì nó thực hiện phản ứng sơ cấp của quá trình quang hợp.

Trong tất cả các sắc tố tham gia quang hợp, diệp lục đóng vai trò cơ bản. Vì lý do này, phần còn lại của các sắc tố quang hợp được gọi là sắc tố phụ.

Việc sử dụng các sắc tố phụ cho phép nó hấp thụ nhiều bước sóng hơn và do đó thu được nhiều năng lượng hơn từ ánh sáng mặt trời.

Carotenoid

Carotenoid là một nhóm sắc tố quang hợp quan trọng khác. Chúng hấp thụ ánh sáng xanh tím và xanh lục.

Carotenoid cung cấp màu sắc tươi sáng cho trái cây; Ví dụ, màu đỏ trong cà chua là do sự hiện diện của lycopene, màu vàng trong hạt ngô là do zeaxanthin, và màu cam trong vỏ cam là do β-carotene.

Tất cả các carotenoid này đều quan trọng trong việc thu hút động vật và thúc đẩy sự phát tán hạt của cây.

Giống như tất cả các sắc tố quang hợp, carotenoid giúp thu nhận ánh sáng nhưng chúng cũng phục vụ một chức năng quan trọng khác: loại bỏ năng lượng dư thừa từ Mặt trời.

Do đó, nếu một chiếc lá nhận được một lượng lớn năng lượng và năng lượng này không được sử dụng, thì sự dư thừa này có thể làm hỏng các phân tử của phức hợp quang hợp. Carotenoid có liên quan đến việc hấp thụ năng lượng dư thừa và giúp tản nhiệt dưới dạng nhiệt.

Carotenoid nói chung là các sắc tố đỏ, cam hoặc vàng, và bao gồm hợp chất nổi tiếng là carotene, tạo ra màu sắc cho cà rốt. Những hợp chất này được tạo thành từ hai vòng sáu carbon nhỏ được nối với nhau bằng một "chuỗi" nguyên tử carbon.

Do cấu trúc phân tử của chúng, chúng không hòa tan trong nước mà liên kết với các màng bên trong tế bào.

Carotenoit không thể trực tiếp sử dụng năng lượng ánh sáng để quang hợp mà phải truyền năng lượng hấp thụ được cho diệp lục. Vì lý do này, chúng được coi là sắc tố phụ. Một ví dụ khác về sắc tố phụ rất dễ nhìn thấy là fucoxanthin, tạo cho tảo biển và tảo cát có màu nâu.

Carotenoid có thể được phân thành hai nhóm: carotenes và xanthophylls.

Carotenes

Caroten là những hợp chất hữu cơ được phân bố rộng rãi dưới dạng sắc tố trong thực vật và động vật. Công thức chung của chúng là C40H56 và chúng không chứa oxy. Các chất màu này là các hydrocacbon không no; tức là chúng có nhiều liên kết đôi và thuộc dòng isoprenoid.

Trong thực vật, carotenes truyền màu vàng, cam hoặc đỏ cho hoa (calendula), trái cây (bí ngô) và rễ (cà rốt). Ở động vật, chúng có thể nhìn thấy trong chất béo (bơ), lòng đỏ trứng, lông vũ (chim hoàng yến) và vỏ (tôm hùm).

Caroten phổ biến nhất là β-caroten, là tiền chất của vitamin A và được coi là rất quan trọng đối với động vật.

Xanthophylls

Xanthophylls là các sắc tố màu vàng có cấu trúc phân tử tương tự như cấu trúc phân tử của carotenes, nhưng khác biệt là chúng chứa các nguyên tử oxy. Một số ví dụ như: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) và C40H56O6, là fucoxanthin đặc trưng của tảo nâu nói trên.

Caroten thường có màu cam hơn xanthophylls. Cả carotenes và xanthophylls đều có thể hòa tan trong các dung môi hữu cơ như chloroform, ether etylic, trong số những chất khác. Carotenes hòa tan trong carbon disulfide hơn so với xanthophylls.

Chức năng của carotenoid

- Carotenoid có chức năng như sắc tố phụ. Chúng hấp thụ năng lượng bức xạ ở vùng giữa của quang phổ khả kiến ​​và chuyển nó đến chất diệp lục.

- Chúng bảo vệ các thành phần của lục lạp khỏi oxy được tạo ra và giải phóng trong quá trình quang phân của nước. Carotenoid lấy oxy này thông qua các liên kết đôi và thay đổi cấu trúc phân tử của chúng thành trạng thái năng lượng thấp hơn (vô hại).

- Trạng thái kích thích của diệp lục phản ứng với ôxy phân tử tạo thành trạng thái ôxy có tính sát thương cao gọi là ôxy đơn. Carotenoid ngăn chặn điều này bằng cách tắt trạng thái kích thích của chất diệp lục.

- Ba xanthophylls (violoxanthin, antheroxanthin và zeaxanthin) tham gia vào quá trình tiêu tán năng lượng dư thừa bằng cách chuyển nó thành nhiệt.

- Do màu sắc của chúng, carotenoit làm cho hoa và quả có thể nhìn thấy được để động vật thụ phấn và phát tán.

Phycobilins

Phycobilin là các sắc tố hòa tan trong nước và do đó được tìm thấy trong tế bào chất hoặc chất đệm của lục lạp. Chúng chỉ xuất hiện ở vi khuẩn lam và tảo đỏ (Rhodophyta).

Phycobilin không chỉ quan trọng đối với các sinh vật sử dụng chúng để hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mà còn được sử dụng làm công cụ nghiên cứu.

Khi các hợp chất như pycocyanin và phycoerythrin tiếp xúc với ánh sáng mạnh, chúng sẽ hấp thụ năng lượng của ánh sáng và giải phóng nó bằng cách phát huỳnh quang trong một phạm vi bước sóng rất hẹp.

Ánh sáng tạo ra bởi sự phát huỳnh quang này rất đặc biệt và đáng tin cậy đến mức các phycobilin có thể được sử dụng làm "thẻ" hóa học. Những kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu ung thư để "gắn thẻ" các tế bào khối u.

Người giới thiệu

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Dấu ấn sinh học hóa học trong hệ sinh thái dưới nước (xuất bản lần 1). Nhà xuất bản Đại học Princeton.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Sinh học Raven của Thực vật (xuất bản lần thứ 8). WH Freeman và Nhà xuất bản Công ty.
3. Goldberg, D. (2010). Barron's AP Biology (xuất bản lần thứ 3). Series giáo dục của Barron, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Sinh lý thực vật sinh lý và môi trường (xuất bản lần thứ 4). Elsevier Inc.
5. Sắc tố quang hợp. Được khôi phục từ: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Các quá trình sơ cấp của quang hợp: Nguyên tắc và thiết bị (IL. Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Sinh học (xuất bản lần thứ 7) Cengage Learning.