Klorofil dan karotenoid keduanya pigmen, atau kromofor, yang terlibat dalam fotosintesis. Baik klorofil dan karotenoid bertanggung jawab untuk memanen cahaya, menyerap foton dan mentransfer energi eksitasi ke pusat reaksi fotosintesis. Namun, hanya klorofil yang berfungsi di dalam pusat reaksi untuk melakukan pemisahan muatan melintasi membran sel. Ini adalah klorofil yang memicu serangkaian reaksi transfer elektron yang akhirnya mengurangi karbon dioksida (CO2) menjadi karbohidrat.
Dengan nama yang berarti “daun hijau” dalam bahasa Yunani, klorofil pertama kali diidentifikasi pada tahun 1818 oleh Pierre Joseph Pelletier dan Joseph Bienaime Caventou. Klorofil terkenal karena penampilannya yang hijau dan sebagai pigmen fotosintesis paling melimpah di Bumi. Sejak penemuan aslinya, puluhan jenis molekul klorofil telah ditemukan. Secara molekuler, mereka semua tetrapirol siklik dan biasanya mengandung ion magnesium pusat. Struktur kimia klorofil memiliki potensi untuk mendapatkan atau kehilangan elektron dengan mudah, yang memungkinkan untuk menyerap foton dan mentransfer energi eksitasi ke dan di dalam pusat reaksi fotosintesis.
Klorofil dan karotenoid keduanya adalah pigmen pemanen cahaya, tetapi klorofil adalah yang paling melimpah dan paling penting untuk fotosintesis. Berbagai jenis klorofil, bekerja dalam kombinasi, mampu menyerap cahaya di sebagian besar spektrum fotosintesis, dari 330-1,050 nanometer. Satu pengecualian adalah apa yang disebut “celah hijau”, sekitar 500 nanometer. Pigmen aksesori diperlukan untuk mengisi celah penyerapan ini.
Keterbatasan kedua klorofil muncul dari karakteristik yang membuatnya menjadi pigmen yang sangat kuat dalam sistem fotosintesis: kemampuannya untuk mempertahankan keadaan tereksitasi yang berumur panjang. Kemampuan itu, bagaimanapun, juga mengarah pada kecenderungan untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif yang beracun. Sekali lagi, pigmen aksesori, khususnya karotenoid, dapat membantu mengatasi masalah ini.
Karotenoid adalah kromofor yang biasanya berwarna merah, jingga atau kuning. Karotenoid yang paling terkenal mungkin adalah karoten, yang memberi warna oranye pada wortel. Karotenoid memiliki dua fungsi utama: memanen energi cahaya untuk fotosintesis dan melindungi klorofil dari kerusakan ringan.
Untuk fungsi utamanya, karotenoid menyerap energi cahaya dari foton. Bersama dengan biliprotein, mereka membantu menyerap energi di “celah hijau” di dekat 500 nanometer. Mereka tidak dapat mentransfer energi ini secara langsung ke jalur fotosintesis di pusat reaksi. Sebaliknya, mereka mentransfer energi eksitasi langsung ke molekul klorofil, yang kemudian mentransfer energi ke pusat reaksi dan ke jalur fotosintesis. Karotenoid dengan demikian dikenal sebagai pigmen aksesori, dan klorofil dan karotenoid bersama-sama membentuk antena pemanen cahaya di dalam sel.
Mungkin fungsi karotenoid yang paling penting adalah melindungi klorofil dan sel sekitarnya dari kerusakan ringan. Klorofil sering menghasilkan spesies oksigen reaktif beracun, yang menyebabkan kerusakan sel yang beragam, dan mereka sangat rentan untuk menghasilkan radikal bebas seperti itu dalam kondisi cahaya tinggi. Karotenoid mampu menyerap cahaya berlebih, mengalihkannya dari klorofil. Tidak seperti klorofil, karotenoid dapat dengan aman mengubah energi eksitasi berlebih menjadi panas.