PIGMEN FOTOSINTESIS: KARAKTERISTIK DAN TIPE UTAMA - BIOLOGI - 2024

The pigmen fotosintetik adalah senyawa kimia yang menyerap dan memantulkan panjang gelombang tertentu dari cahaya yang terlihat, yang membuat mereka tampil "warna-warni". Berbagai jenis tumbuhan, alga dan cyanobacteria memiliki pigmen fotosintetik, yang menyerap pada panjang gelombang yang berbeda dan menghasilkan warna yang berbeda, terutama hijau, kuning dan merah.

Pigmen ini diperlukan untuk beberapa organisme autotrofik, seperti tumbuhan, karena membantu mereka memanfaatkan berbagai panjang gelombang untuk menghasilkan makanan dalam fotosintesis. Karena setiap pigmen hanya bereaksi dengan beberapa panjang gelombang, ada pigmen berbeda yang memungkinkan lebih banyak cahaya ditangkap (foton).

karakteristik

Seperti yang disebutkan sebelumnya, pigmen fotosintesis adalah unsur kimia yang bertanggung jawab untuk menyerap cahaya yang diperlukan untuk proses fotosintesis berlangsung. Melalui fotosintesis, energi dari matahari diubah menjadi energi kimia dan gula.

Sinar matahari terdiri dari panjang gelombang yang berbeda, yang memiliki warna dan tingkat energi yang berbeda. Tidak semua panjang gelombang digunakan sama dalam fotosintesis, itulah sebabnya ada berbagai jenis pigmen fotosintesis.

Organisme fotosintetik mengandung pigmen yang hanya menyerap panjang gelombang cahaya tampak dan memantulkan yang lain. Himpunan panjang gelombang yang diserap oleh pigmen adalah spektrum serapannya.

Pigmen menyerap panjang gelombang tertentu, dan yang tidak diserapnya dipantulkan; warnanya hanyalah cahaya yang dipantulkan oleh pigmen. Misalnya, tumbuhan tampak hijau karena mengandung banyak molekul klorofil a dan b, yang memantulkan cahaya hijau.

Jenis pigmen fotosintesis

Pigmen fotosintetik dibedakan menjadi tiga jenis: klorofil, karotenoid, dan fikobilin.

Klorofil

Klorofil adalah pigmen fotosintesis hijau yang mengandung cincin porfirin dalam strukturnya. Mereka adalah molekul berbentuk cincin yang stabil di mana elektron bebas untuk bermigrasi.

Karena elektron bergerak bebas, cincin berpotensi untuk dengan mudah mendapatkan atau kehilangan elektron dan oleh karena itu berpotensi memberikan elektron berenergi ke molekul lain. Ini adalah proses mendasar di mana klorofil "menangkap" energi dari sinar matahari.

Jenis klorofil

Ada beberapa jenis klorofil: a, b, c, d, dan e. Dari jumlah tersebut, hanya dua yang ditemukan di kloroplas tumbuhan tingkat tinggi: klorofil a dan klorofil b. Yang paling penting adalah klorofil "a", seperti yang terdapat pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria fotosintetik.

Klorofil "a" memungkinkan fotosintesis dengan mentransfer elektron yang telah diaktifkan ke molekul lain yang akan membuat gula.

Jenis klorofil kedua adalah klorofil "b", yang hanya ditemukan pada apa yang disebut ganggang hijau dan tumbuhan. Untuk bagiannya, klorofil "c" hanya ditemukan pada anggota fotosintesis dari kelompok chromista, seperti dinoflagellata.

Perbedaan antara klorofil dalam kelompok utama ini adalah salah satu tanda pertama bahwa mereka tidak memiliki hubungan sedekat yang diperkirakan sebelumnya.

Jumlah klorofil "b" adalah sekitar seperempat dari total kandungan klorofil. Untuk bagiannya, klorofil "a" ditemukan di semua tumbuhan fotosintesis, itulah sebabnya ia disebut pigmen fotosintetik universal. Ini juga disebut pigmen fotosintesis primer karena ia melakukan reaksi utama fotosintesis.

Dari semua pigmen yang berpartisipasi dalam fotosintesis, klorofil memainkan peran mendasar. Untuk alasan ini, sisa pigmen fotosintesis dikenal sebagai pigmen aksesori.

Penggunaan pigmen aksesori memungkinkannya menyerap rentang panjang gelombang yang lebih luas dan karenanya menangkap lebih banyak energi dari sinar matahari.

Karotenoid

Karotenoid adalah kelompok penting pigmen fotosintetik lainnya. Ini menyerap cahaya ungu dan biru-hijau.

Karotenoid memberikan warna-warna cerah pada buah-buahan; Misalnya, warna merah pada tomat karena adanya likopen, warna kuning pada biji jagung disebabkan oleh zeaxanthin, dan warna oranye pada kulit jeruk disebabkan oleh β-karoten.

Semua karotenoid ini penting dalam menarik hewan dan mendorong penyebaran benih tanaman.

Seperti semua pigmen fotosintesis, karotenoid membantu menangkap cahaya tetapi mereka juga memiliki fungsi penting lainnya: menghilangkan energi berlebih dari Matahari.

Jadi, jika daun menerima energi dalam jumlah besar dan energi ini tidak digunakan, kelebihan ini dapat merusak molekul kompleks fotosintesis. Karotenoid terlibat dalam menyerap energi berlebih dan membantu membuangnya sebagai panas.

Karotenoid umumnya berwarna merah, oranye, atau pigmen kuning, dan termasuk senyawa karoten terkenal, yang memberi warna pada wortel. Senyawa ini terdiri dari dua cincin enam karbon kecil yang dihubungkan oleh "rantai" atom karbon.

Sebagai hasil dari struktur molekulnya, mereka tidak larut dalam air tetapi mengikat membran di dalam sel.

Karotenoid tidak dapat secara langsung menggunakan energi cahaya untuk fotosintesis, tetapi harus mentransfer energi yang diserap ke klorofil. Untuk alasan ini, mereka dianggap pigmen aksesori. Contoh lain dari pigmen aksesori yang sangat terlihat adalah fucoxanthin, yang memberikan warna coklat pada alga laut dan diatom.

Karotenoid dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok: karoten dan xantofil.

Karoten

Karoten adalah senyawa organik yang didistribusikan secara luas sebagai pigmen pada tumbuhan dan hewan. Formula umumnya adalah C40H56 dan tidak mengandung oksigen. Pigmen ini adalah hidrokarbon tak jenuh; artinya, mereka memiliki banyak ikatan rangkap dan termasuk dalam deret isoprenoid.

Pada tumbuhan, karoten memberikan warna kuning, oranye, atau merah pada bunga (calendula), buah (labu), dan akar (wortel). Pada hewan mereka terlihat pada lemak (mentega), kuning telur, bulu (kenari) dan cangkang (lobster).

Karoten yang paling umum adalah β-karoten, yang merupakan prekursor vitamin A dan dianggap sangat penting bagi hewan.

Xanthophylls

Xantofil adalah pigmen kuning yang struktur molekulnya mirip dengan karoten, tetapi dengan perbedaannya mengandung atom oksigen. Beberapa contohnya adalah: C40H56O (cryptoxanthin), C40H56O2 (lutein, zeaxanthin) dan C40H56O6, yang merupakan fucoxanthin karakteristik alga coklat yang disebutkan di atas.

Karoten umumnya lebih berwarna oranye daripada xantofil. Baik karoten dan xantofil larut dalam pelarut organik seperti kloroform, etil eter, dan lainnya. Karoten lebih larut dalam karbon disulfida dibandingkan dengan xantofil.

Fungsi karotenoid

- Karotenoid berfungsi sebagai pigmen aksesori. Mereka menyerap energi radiasi di wilayah tengah spektrum yang terlihat dan mentransfernya ke klorofil.

- Mereka melindungi komponen kloroplas dari oksigen yang dihasilkan dan dilepaskan selama fotolisis air. Karotenoid mengambil oksigen ini melalui ikatan rangkapnya dan mengubah struktur molekulnya ke keadaan energi yang lebih rendah (tidak berbahaya).

- Keadaan tereksitasi dari klorofil bereaksi dengan oksigen molekuler untuk membentuk keadaan oksigen yang sangat merusak yang disebut oksigen singlet. Karotenoid mencegahnya dengan mematikan keadaan klorofil yang tereksitasi.

- Tiga xantofil (violoxanthin, antheroxanthin dan zeaxanthin) berpartisipasi dalam pembuangan energi berlebih dengan mengubahnya menjadi panas.

- Karena warnanya, karotenoid membuat bunga dan buah terlihat untuk penyerbukan dan penyebaran oleh hewan.

Phycobilins

Phycobilins adalah pigmen yang larut dalam air dan oleh karena itu ditemukan di sitoplasma atau stroma kloroplas. Mereka hanya terjadi pada cyanobacteria dan alga merah (Rhodophyta).

Phycobilins tidak hanya penting bagi organisme yang menggunakannya untuk menyerap energi dari cahaya, tetapi juga digunakan sebagai alat penelitian.

Ketika senyawa seperti pycocyanin dan phycoerythrin terkena cahaya yang kuat, mereka menyerap energi cahaya dan melepaskannya dengan memancarkan fluoresensi dalam rentang panjang gelombang yang sangat sempit.

Cahaya yang dihasilkan oleh fluoresensi ini begitu khas dan andal sehingga phycobilins dapat digunakan sebagai "penanda" kimiawi. Teknik ini banyak digunakan dalam penelitian kanker untuk "menandai" sel tumor.

Referensi

1. Bianchi, T. & Canuel, E. (2011). Chemical Biomarkers in Aquatic Ecosystems (edisi ke-1st). Princeton University Press.
2. Evert, R. & Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (edisi ke-8th). WH Freeman dan Penerbit Perusahaan.
3. Goldberg, D. (2010). Barron's AP Biology (edisi ke-3rd). Seri Pendidikan Barron, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Fisiologi Tumbuhan Fisikokimia dan Lingkungan (edisi ke-4th). Elsevier Inc.
5. Pigmen Fotosintesis. Diperoleh dari: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Proses Utama Fotosintesis: Prinsip dan Peralatan (IL. Ed.) Penerbitan RSC.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (edisi ke-7) Cengage Learning.