Klorofyll och karotenoider är båda pigment, eller kromoforer, som är involverade i fotosyntesen. Både klorofyll och karotenoider är ansvariga för att skörda ljus, absorbera fotoner och överföra excitationsenergin till det fotosyntetiska reaktionscentret. Endast klorofyll fungerar emellertid inom reaktionscentret för att utföra laddningsseparation över cellmembranet. Det är klorofyll som sätter igång en serie elektronöverföringsreaktioner som så småningom reducerar koldioxid (CO2) till kolhydrater.
Med ett namn som betyder ”gröna blad” på grekiska, identifierades klorofyll först 1818 av Pierre Joseph Pelletier och Joseph Bienaime Caventou. Klorofyll är välkänt för sitt gröna utseende och för att vara det vanligaste fotosyntetiska pigmentet på jorden. Sedan dess ursprungliga upptäckt har dussintals typer av klorofyllmolekyler upptäckts. Molekylärt är de alla cykliska tetrapyrroler och innehåller vanligtvis en central magnesiumjon. Klorofylls kemiska struktur har potential att lätt få eller förlora elektroner, vilket är det som gör att det kan absorbera fotoner och överföra excitationsenergin till och inom det fotosyntetiska reaktionscentret.
Klorofyll och karotenoider är båda ljusskördande pigment, men klorofyll är det vanligaste och mest kritiska för fotosyntesen. De olika typerna av klorofyller, som arbetar i kombination, kan absorbera ljus över mycket av det fotosyntetiska spektrumet, från 330-1,050 500 nanometer. Ett undantag är det som kallas det ”gröna gapet”, runt XNUMX nanometer. Tillbehörspigment krävs för att fylla denna absorptionslucka.
En andra begränsning av klorofyll uppstår på grund av själva egenskapen som gör dem till så kraftfulla pigment i det fotosyntetiska systemet: deras förmåga att upprätthålla långlivade exciterade tillstånd. Den förmågan leder emellertid också till en tendens att generera toxiska reaktiva syrearter. Återigen, tillbehörspigment, i synnerhet karotenoider, kan hjälpa till att lösa detta problem.
Karotenoider är kromoforer som vanligtvis är röda, orange eller gula. Den mest kända karotenoiden är förmodligen karoten som ger morötterna sin orange färg. Karotenoider har två huvudfunktioner: att skörda ljusenergi för fotosyntes och att skydda klorofyll från ljusskador.
För sin primära funktion absorberar karotenoider ljusenergi från fotoner. Tillsammans med biliproteiner hjälper de till att absorbera energi i det ”gröna gapet” nära 500 nanometer. De kan inte överföra denna energi direkt till fotosyntesvägen i reaktionscentret. Snarare överför de excitationsenergin direkt till klorofyllmolekyler, som sedan överför energin till reaktionscentra och in i fotosyntesvägen. Karotenoider är därför kända som tillbehörspigment, och klorofyll och karotenoider utgör tillsammans ljusupptagningsantennen i celler.
Karotenoidernas kanske viktigaste funktion är att skydda klorofyll och den omgivande cellen från ljusskador. Klorofyller genererar ofta toxiska reaktiva syrearter, som orsakar olika cellulära skador, och de är särskilt benägna att generera sådana fria radikaler under höga ljusförhållanden. Karotenoider kan absorbera överflödigt ljus och avleda det från klorofyll. Till skillnad från klorofyll kan karotenoider ofarligt omvandla överflödig excitationsenergi till värme.