Barwniki fotosyntetyczne i fotosystemy

Barwniki fotosyntetyczne są to związki, które związane są z błoną tylakoidów chloroplastów, ich zadaniem jest adsorpcja światła słonecznego. Głównymi barwnikami fotosyntetycznymi roślin wyższych są chlorofile a i b (różniące się nieznacznie długością pochłanianych fal), które absorbują głównie światło niebieskie i czerwone.

Wzór strukturalny chlorofilu a
Wzór strukturalny chlorofilu a


Wzór strukturalny chlorofilu b
Wzór strukturalny chlorofilu b


Chlorofilemegnezoporfirynami mającymi w środku struktury pirolowej atom magnezu połączony wiązaniami koordynacyjnymi z czterema atomami azotu. W cząsteczce chlorofilu występuje też fitol – 20-węglowy alkohol o charakterze hydrofobowym, który pozwala na zakotwiczenie chlorofilu w błonie aktywnej fotosyntetycznie. Cząsteczka chlorofilu posiada układ wiązań sprzężonych, czyli następujących po sobie wiązań pojedynczych i podwójnych, dzięki którym barwnik posiada zdolność absorbowana promieniowania świetlnego. Chlorofile są najważniejszymi barwnikami roślin wyższych ponieważ tylko one „inicjują” fotosyntezę.

Model cząsteczki chlorofilu a: kolor zielony Mg, niebieski N, czarny C, czerwony O, biały H.
Model cząsteczki chlorofilu a: kolor zielony Mg, niebieski N, czarny C, czerwony O, biały H.

 

Innymi barwnikami występującymi u roślin wyższych są karotenoidy, do których zaliczamy karoteny i ksantofile. Ich zadaniem jest adsorbowanie światła w zakresie nieabsorbowanym przez chlorofile i przekazywanie energii na cząsteczki chlorofilu.
Glony posiadają inne barwniki fotosyntetyczne – fikoerytrynę (krasnorosty) i fukoksantynę (brunatnice).

Fotosystemy

Barwniki fotosyntetyczne zgromadzone razem tworzą uporządkowaną strukturę – fotosystem (fotoukład), dzięki której mogą pochłonąć większe ilości energii. Każdy fotosystem zawiera ok. 200-300 cząsteczek barwników asymilacyjnych tworzących tak zwany układ antenowy zbierający energię, która następnie przekazywana jest do środka fotosystemu gdzie znajduje się centrum reakcji, czyli cząsteczka chlorofilu a. Wzbudzone kwantami światła barwniki antenowe przekazują na drodze rezonansu wzbudzenie kolejnym barwnikom, aż w końcu dociera ono do chlorofilu a, powodując wybicie z niego elektronu.

Schemat przekazywania energii do centrum reakcji
Schemat przekazywania energii do centrum reakcji:
1 – foton, 2 – cząsteczka chlorofilu, 3 – centrum reakcji, 4 – wybity elektron, 5 – fotoukład/
Pinpin (2.05.2006)/commons.wikimedia.org

 

Wyróżnia się dwa rodzaje fotosystemów:
Fotosystem I (PSI) o maksimum absorpcji około 700 nm
Fotosystem II (PSII) o maksimum absorpcji około 680 nm