Pigmenții asimilatori

Frunzele multor plante sunt verzi deoarece conțin clorofilă, un pigment care absoarbe anumite culori ale luminii și reflectă o parte din lumina verde. Clorofila se află în cloroplaste și participă la captarea energiei luminoase pentru fotosinteză. Cele două forme importante la plantele verzi sunt clorofila a și clorofila b. Ele nu absorb lumina în mod identic și, împreună, permit folosirea unei părți mai mari din lumina disponibilă.

Frunza conține și carotenoizi, pigmenți galbeni și portocalii. Când clorofila se degradează toamna, aceștia pot deveni mai vizibili. Nu toate culorile de toamnă provin însă doar din carotenoizi; și alți pigmenți pot contribui. Culoarea pe care o vedem este doar un indiciu despre pigment, nu o măsurare exactă a cantității lui.

Pigmenții pot fi separați în laborator prin cromatografie: un amestec extras din frunză se deplasează pe un suport, iar componentele pot forma benzi diferite. Experimentul trebuie realizat cu supraveghere și cu grijă la solvenții folosiți. Nu încerca să stabilești „care pigment este cel mai important” doar după lățimea unei benzi; poziția și intensitatea depind și de procedură. Întreabă ce lumină absoarbe pigmentul și cum contribuie această absorbție la procesul descris în Fotosinteza.

Exemplu rezolvat: clorofila dintr-o frunză de spanac

Cum putem arăta că frunza verde conține clorofilă?

1. Zdrobim într-un mojar o frunză de spanac, cu puțin nisip, și adăugăm alcool.
2. Filtrăm amestecul: obținem un extract verde, deci clorofila se dizolvă în alcool.
3. Punem o picătură de extract pe o fâșie de hârtie de filtru și lăsăm vârful hârtiei în alcool. Solventul urcă pe hârtie și duce pigmenții cu viteze diferite.
4. După ce se usucă, hârtia arată mai multe benzi colorate, în locuri diferite: una portocalie, una galbenă și două verzi.
5. Concluzie: verdele frunzei nu vine dintr-un singur pigment, iar clorofila se află împreună cu pigmenți galbeni și portocalii.

Clorofila se găsește numai în cloroplaste și are în moleculă un atom de magneziu. Planta își formează singură clorofila, dacă primește lumină și minerale precum azot, fier și magneziu.

Pigmenții asimilatori se află în membranele tilacoidelor din cloroplaste. Clorofila a (${\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{72}{\mathrm{O}}_5{\mathrm{N}}_4\mathrm{Mg}$) este verde-albăstruie și se găsește la toate plantele verzi. Clorofila b (${\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{70}{\mathrm{O}}_6{\mathrm{N}}_4\mathrm{Mg}$) este verde-gălbuie. Ambele au un nucleu porfirinic cu un atom de magneziu în centru și o coadă lipofilă, fitolul. Raportul dintre clorofila a și clorofila b este de aproximativ 3 : 1. Carotenul (${\mathrm{C}}_{40}{\mathrm{H}}_{56}$) este portocaliu, iar xantofila este galbenă; aceștia sunt carotenoizi.

Clorofilele absorb lumina albastru-violetă și roșie: clorofila a are maxime la aproximativ 430 nm și 662 nm, iar clorofila b la aproximativ 453 nm și 642 nm. Lumina verde este absorbită slab și reflectată, de aceea frunzele par verzi. Carotenoizii absorb lumina albastră și transmit energia clorofilei a; ei protejează clorofila de distrugerea provocată de lumina puternică.

Clorofila se formează numai la lumină și are nevoie de azot și magneziu, iar fierul este necesar în sinteza ei. Plantele crescute la întuneric sunt etiolate: gălbui și alungite. Lipsa fierului sau a magneziului produce cloroza, o îngălbenire a frunzelor. Toamna clorofila se degradează, iar carotenoizii, prezenți tot anul, devin vizibili.

Exemplu rezolvat 1: cromatografia pe hârtie. Frontul solventului ajunge la 10 cm de linia de start. Carotenul s-a oprit la 9,5 cm, clorofila a la 6 cm și clorofila b la 4,5 cm. Calculează $R_f=d_{\text{pigment}}/d_{\text{solvent}}$ și ordonează pigmenții.

1. Caroten: $R_f=9,5/10=0,95$.
2. Clorofila a: $R_f=6/10=0,6$.
3. Clorofila b: $R_f=4,5/10=0,45$.
4. Ordinea de la front spre start: caroten, clorofila a, clorofila b. Pigmentul mai puțin polar este mai solubil în solvent și urcă mai sus.

Exemplu rezolvat 2: lumina folosită. Două plante de Elodea sunt iluminate, una cu lumină roșie, alta cu lumină verde, cu aceeași intensitate. Care eliberează mai mult oxigen?

1. Clorofilele absorb puternic lumina roșie și slab pe cea verde.
2. Sub lumina roșie se absoarbe mai multă energie, deci fotosinteza este mai intensă și se eliberează mai mult oxigen.
3. Sub lumina verde viteza este mică, dar nu nulă, fiindcă o parte din energie tot este absorbită.

Rolurile sunt împărțite în cloroplast: clorofila a este singurul pigment prezent în centrele de reacție, unde energia luminoasă este transformată în energie chimică, iar clorofila b și carotenoizii captează lumina și o transmit clorofilei a. Frunzele roșii-purpurii, ca la fagul purpuriu, conțin clorofilă mascată de antociani, pigmenți din vacuolă, solubili în apă, care nu participă la fotosinteză. Extractul alcoolic de clorofilă este verde la lumina transmisă și roșu la lumina reflectată, prin fluorescență.

Pentru extracție, frunza se mărunțește cu nisip de cuarț și cu puțin carbonat de calciu, care neutralizează aciditatea sucului vacuolar și împiedică transformarea clorofilei în feofitină, un pigment brun. Solventul este alcoolul etilic sau acetona. Frunzele de umbră au raportul dintre clorofila a și clorofila b mai mic decât cele de lumină, deci conțin proporțional mai multă clorofilă b și sunt mai întunecate.

Greșeli frecvente

• Greșit: O frunză verde absoarbe în principal lumina verde.
  Corect: Reflectarea unei părți din lumina verde contribuie la culoarea percepută.
• Greșit: Frunza conține numai clorofilă.
  Corect: Poate conține și carotenoizi sau alți pigmenți.
• Greșit: Pigmenții galbeni și portocalii apar în frunză numai toamna.
  Corect: Carotenoizii există în frunză tot anul; toamna se văd, pentru că dispare clorofila care îi acoperea.

Înainte și după