光合成色素を行い、可視光の特定の波長を吸収し、反射する化学化合物であり、それらは、 「カラフル」が表示されています。異なる種類の植物、藻類、シアノバクテリアには光合成色素があり、異なる波長で吸収し、主に緑、黄、赤の異なる色を生成します。
これらの色素は、植物などのいくつかの独立栄養生物に必要です。なぜなら、それらは、広範囲の波長を利用して、光合成で食品を生産するのに役立つからです。各色素は一部の波長でのみ反応するため、より多くの光を取り込むことができるさまざまな色素があります（光子）。
特徴
前述のように、光合成色素は、光合成プロセスを実行するために必要な光を吸収する責任がある化学要素です。光合成により、太陽からのエネルギーは化学エネルギーと糖に変換されます。
日光はさまざまな波長で構成され、さまざまな色とエネルギーレベルを持っています。すべての波長が光合成で等しく使用されるわけではありません。そのため、さまざまな種類の光合成色素があります。
光合成生物は、可視光の波長のみを吸収し、他の波長を反射する色素を含んでいます。色素によって吸収される波長のセットは、その吸収スペクトルです。
色素は特定の波長を吸収し、吸収しないものは反射されます。色は単に顔料によって反射された光です。たとえば、植物は緑色の光を反射するクロロフィル分子aとbを多く含んでいるため、緑色に見えます。
光合成色素の種類
光合成色素は、クロロフィル、カロテノイド、フィコビリンの3つのタイプに分類できます。
クロロフィル
クロロフィルは、構造にポルフィリン環を含む緑色の光合成色素です。それらは、電子が自由に移動できる安定したリング状の分子です。
電子は自由に移動するため、リングは電子を簡単に獲得または失う可能性があり、したがって、エネルギーを与えられた電子を他の分子に提供する可能性があります。これは、クロロフィルが太陽光からエネルギーを「取り込む」基本的なプロセスです。
クロロフィルの種類
クロロフィルにはいくつかの種類があります：a、b、c、d、e。これらのうち、高等植物の葉緑体にはクロロフィルaとクロロフィルbの2つしかありません。最も重要なのは、クロロフィル "a"です。これは、植物、藻類、および光合成シアノバクテリアに存在するためです。
クロロフィル「a」は、糖を生成する他の分子に活性化された電子を転送することにより、光合成を可能にします。
クロロフィルの2番目のタイプは、いわゆる緑藻および植物にのみ見られるクロロフィル「b」です。その部分では、クロロフィル「c」は渦鞭毛藻類などのクロミスタ群の光合成メンバーにのみ見られます。
これらの主要なグループにおけるクロロフィル間の違いは、それらが以前に考えられていたほど密接に関連していないという最初の兆候の1つでした。
クロロフィル「b」の量は、総クロロフィル含有量の約4分の1です。その一部として、クロロフィル「a」はすべての光合成植物に含まれているため、普遍的な光合成色素と呼ばれています。光合成の一次反応を行うため、一次光合成色素とも呼ばれます。
光合成に関与するすべての色素の中で、クロロフィルは基本的な役割を果たします。このため、残りの光合成色素は、補助色素として知られています。
付属の顔料を使用すると、より広い範囲の波長を吸収できるため、太陽光からより多くのエネルギーを取り込むことができます。
カロテノイド
カロテノイドは、光合成色素のもう1つの重要なグループです。これらは紫と青緑色の光を吸収します。
カロテノイドは果物が示す明るい色を提供します。たとえば、トマトの赤はリコピンの存在によるもので、トウモロコシの種子の黄色はゼアキサンチンによるもので、オレンジの皮のオレンジはβ-カロチンによるものです。
これらのカロテノイドはすべて、動物を引き付け、植物の種子の分散を促進する上で重要です。
すべての光合成色素と同様に、カロテノイドは光を取り込むのに役立ちますが、太陽からの過剰なエネルギーを排除するという別の重要な機能も果たします。
したがって、葉が大量のエネルギーを受け取り、このエネルギーが使用されていない場合、この過剰は光合成複合体の分子に損傷を与える可能性があります。カロテノイドは、過剰なエネルギーを吸収し、それを熱として放散するのに役立ちます。
カロテノイドは一般に赤、オレンジ、または黄色の色素であり、ニンジンに色を与えるよく知られた化合物カロチンが含まれます。これらの化合物は、炭素原子の「鎖」によって接続された2つの小さな6炭素環で構成されています。
それらの分子構造の結果として、それらは水に溶解せず、代わりに細胞内の膜に結合します。
カロテノイドは光エネルギーを光合成に直接使用することはできませんが、吸収されたエネルギーをクロロフィルに転送する必要があります。このため、それらはアクセサリー顔料と見なされます。視認性の高いアクセサリー色素のもう1つの例は、海藻や珪藻に茶色を与えるフコキサンチンです。
カロテノイドは、カロテンとキサントフィルの2つのグループに分類できます。
カロチン
カロチンは、植物や動物の色素として広く分布している有機化合物です。それらの一般式はC40H56であり、酸素を含んでいません。これらの顔料は不飽和炭化水素です。つまり、二重結合が多く、イソプレノイド系列に属しています。
植物では、カロチンは花（キンセンカ）、果物（カボチャ）、根（ニンジン）に黄色、オレンジ色、または赤色を与えます。動物では、脂肪（バター）、卵黄、羽毛（カナリア）、および殻（ロブスター）に含まれています。
最も一般的なカロチンはβ-カロチンで、ビタミンAの前駆体であり、動物にとって非常に重要であると考えられています。
キサントフィル
キサントフィルは分子構造がカロチンと似ている黄色の色素ですが、酸素原子を含んでいる点が異なります。例としては、C40H56O（クリプトキサンチン）、C40H56O2（ルテイン、ゼアキサンチン）、C40H56O6があり、これは上記の褐藻の特徴的なフコキサンチンです。
カロチンは一般に、キサントフィルよりもオレンジ色です。カロテンとキサントフィルはどちらも、クロロホルム、エチルエーテルなどの有機溶媒に可溶です。カロチンは、キサントフィルと比較して二硫化炭素によく溶けます。
カロテノイドの機能
-カロテノイドは、補助色素として機能します。それらは可視スペクトルの中央領域で放射エネルギーを吸収し、それをクロロフィルに転送します。
-それらは、水の光分解中に発生および放出される酸素から葉緑体成分を保護します。カロテノイドは、二重結合を介してこの酸素を受け取り、分子構造をより低いエネルギー（無害）状態に変化させます。
-クロロフィルの励起状態は、分子状酸素と反応して、一重項酸素と呼ばれる非常に有害な酸素状態を形成します。カロテノイドは、クロロフィルの励起状態をオフにすることでこれを防ぎます。
-3つのキサントフィル（ビオロキサンチン、アンテロキサンチン、ゼアキサンチン）は、熱に変換することにより、過剰なエネルギーの消散に関与します。
-それらの色のため、カロテノイドは花や果物を動物による受粉や分散のために見えるようにします。
フィコビリン
フィコビリンは水溶性色素であるため、葉緑体の細胞質または間質に見られます。シアノバクテリアと紅藻（紅藻植物門）でのみ発生します。
フィコビリンは、光からエネルギーを吸収するためにそれらを使用する生物にとって重要であるだけでなく、研究ツールとしても使用されます。
ピコシアニンやフィコエリトリンなどの化合物が強い光にさらされると、それらは光のエネルギーを吸収し、非常に狭い範囲の波長で蛍光を発することによって光を放出します。
この蛍光によって生成される光は非常に特徴的で信頼性が高いため、フィコビリンは化学的な「タグ」として使用できます。これらの技術は、腫瘍細胞に「タグを付ける」ために癌研究で広く使用されています。
参考文献
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