Kāda ir saikne starp hlorofilu un karotinoīdiem?

Ar nosaukumu “zaļā lapa” grieķu valodā hlorofilu pirmo reizi identificēja 1818. gadā Pjērs Džozefs Peletjē un Džozefs Bienaime Kaventū. Hlorofils ir labi pazīstams ar savu zaļo izskatu un to, ka tas ir visizplatītākais fotosintētiskais pigments uz Zemes. Kopš tā sākotnējās atklāšanas ir atklāti desmitiem hlorofila molekulu veidu. Molekulāri tie visi ir cikliski tetrapiroli un parasti satur centrālo magnija jonu. Hlorofila ķīmiskajai struktūrai ir iespēja viegli iegūt vai zaudēt elektronus, kas ļauj tam absorbēt fotonus un pārnest ierosmes enerģiju uz fotosintētiskās reakcijas centru un tajā.

Gan hlorofils, gan karotinoīdi ir gaismas ieguves pigmenti, bet hlorofils ir visizplatītākais un vissvarīgākais fotosintēzei. Dažādi hlorofilu veidi, kas darbojas kombinācijā, spēj absorbēt gaismu lielākajā daļā fotosintēzes spektra, no 330 līdz 1,050 nanometriem. Viens izņēmums ir tā sauktā “zaļā plaisa”, kas ir aptuveni 500 nanometri. Lai aizpildītu šo absorbcijas spraugu, ir nepieciešami papildu pigmenti.

Otrs hlorofilu ierobežojums izriet no tās īpašības, kas padara tos par tik spēcīgiem pigmentiem fotosintētiskajā sistēmā: to spēja uzturēt ilgstošus satrauktus stāvokļus. Tomēr šī spēja izraisa arī tendenci radīt toksiskas reaktīvās skābekļa sugas. Atkal papildpigmenti, jo īpaši karotinoīdi, spēj palīdzēt atrisināt šo problēmu.

Karotinoīdi ir hromofori, kas parasti ir sarkanā, oranžā vai dzeltenā krāsā. Vispazīstamākais karotinoīds, iespējams, ir karotīns, kas burkāniem piešķir oranžu krāsu. Karotinoīdiem ir divas galvenās funkcijas: gaismas enerģijas iegūšana fotosintēzei un hlorofila aizsardzība no gaismas bojājumiem.

Lai veiktu galveno funkciju, karotinoīdi absorbē gaismas enerģiju no fotoniem. Kopā ar biliproteīniem tie palīdz absorbēt enerģiju “zaļajā plaisā” tuvu 500 nanometriem. Viņi nespēj pārnest šo enerģiju tieši fotosintēzes ceļā reakcijas centrā. Drīzāk tie nodod ierosmes enerģiju tieši hlorofila molekulām, kas pēc tam nodod enerģiju reakcijas centriem un fotosintēzes ceļā. Tādējādi karotinoīdus sauc par papildu pigmentiem, un hlorofils un karotinoīdi kopā veido gaismas savākšanas antenu šūnās.

Iespējams, vissvarīgākā karotinoīdu funkcija ir aizsargāt hlorofilu un apkārtējo šūnu no gaismas bojājumiem. Hlorofili bieži rada toksiskas reaktīvās skābekļa sugas, kas izraisa dažādus šūnu bojājumus, un tie ir īpaši pakļauti šādu brīvo radikāļu ģenerēšanai augsta apgaismojuma apstākļos. Karotinoīdi spēj absorbēt lieko gaismu, novirzot to no hlorofila. Atšķirībā no hlorofila, karotinoīdi var nekaitīgi pārvērst lieko ierosmes enerģiju siltumā.