基本介紹
- 中文名：光合色素
- 外文名：photosynthetic pigment
- 存在於：葉綠體類囊體膜
- 法語：Pigments photosynthétiques
- 韓語：포토 크롬
- 西班牙語：Pigmentos
簡介,結構,功能,葉綠素,組成,類型,類胡蘿蔔素,藻膽素,
簡介
在光合作用中參與吸收、傳遞光能或引起原初光化學反應的色素。光合色素主要有三大類：葉綠素（包括細菌葉綠素）、類胡蘿蔔素和藻膽素（右圖）。類胡蘿蔔素（包括胡蘿蔔素和葉黃素）和藻膽素等是對葉綠素捕獲光能的補充，稱為輔助色素。這些光合色素的一個共同的特點就是存在較長的共軛體系（有些是環形封閉的，有些是線性的），因此可以參與能量傳遞。
一些光合色素的分子結構
一些光合色素的分子結構高等植物和大部分藻類的光合色素是葉綠素a,b和類胡蘿蔔素;在許多藻類中除葉綠素a,b外,還有葉綠素c,d和藻膽素,如藻紅素和藻藍素；在光合細菌中是細菌葉綠素等；在嗜鹽菌中則是一種類似視紫質的色素11-順-視黃醛(11-cis-retinal)。
結構
葉綠素a，b和細菌葉綠素都由一個與鎂絡合的卟啉環和一個長鏈醇組成，它們之間僅有很小的差別。類胡蘿蔔素是由異戊烯單元組成的四萜，藻膽素是一類色素蛋白，其生色團是由吡咯環組成的鏈，不含金屬，而類色素都具有較多的共軛雙鍵。除鹽細菌中的假視紫紅質(一種胡蘿蔔素)外，它們都不直接參與光化學反應，只參與光的吸收和能量的傳遞，所以曾稱為輔助色素。但葉綠素b和一部分葉綠素a也不直接參加光化學反應，也可看作輔助色素。幾類色素的吸收光譜不同，特別是藻紅素和藻藍素的吸收光譜與葉綠素的相差很大，這對於在海洋里生活的藻類適應不同的光質條件，有生態意義。 
功能
依功能不同，光合色素可分成天線色素和反應中心色素兩類。天線色素捕獲光能，並將光能傳給反應中心。極大部分光合色素都起這一作用。反應中心色素的作用是以光能來引起電荷分離及光化學反應。它的主要成分是特殊的葉綠素a,其存在狀態和光譜性質不同於一般的葉綠素a。光合色素所以能表現其特殊功能,是由於它在光合器中以特定的形式和蛋白質、脂質等結合。結合態的光合色素的性質如吸收光譜、氧化還原電位等，和非結合態的有明顯差別。例如,葉綠體中的葉綠素a的紅光波段吸收峰與在丙酮溶液中時相比，向長波方向偏數十納米。光系統Ⅰ(PSⅠ)的葉綠素在照光時,在700納米處有光吸收變化,光系統Ⅱ(PSⅡ)的則在680納米處有光吸收變化(因而把光系統Ⅰ，Ⅱ分別稱為P700和P680)。在PSⅠ中的葉綠素 a的氧化還原電位比離體時測得的數值低得多。
葉綠素
葉綠素chlorophyll 存在於光合作用生物類囊體中的同化色素的一種。在高等植物C3植物的葉綠體中，葉綠素a、b兩類大致以3∶1存在。在中央具有一個Mg原子的二氫卟吩（dihydroporphin）的衍生物上，葉綠素a、b是甲醇及葉綠醇與酯結合的物質。葉綠素a及b用稀酸處理， Mg被H置換，而變成去鎂葉綠素a、 b。另外通過葉綠素酶脫掉葉綠素分子中的植基（Phytyl），就產生脫植基葉綠素a、b（chlorophyllide）。通常在黃化葉的原生質體中有原脫植基葉綠素（proto－chlorophyllide）代替葉綠素， 通過光照射，它又變成為脫植基葉綠素，最後形成葉綠素。現已知除光合細菌外，所有光合生物都含有葉綠素a。高等植物和紅藻含有葉綠素b，硅藻和褐藻含有葉綠素c，紅藻的某些種含有葉綠素d。光合細菌中含有細菌葉綠素a、b、c、d。葉綠素a的固體是黑色，其溶液是藍綠色。葉綠素b的固體是綠黑色，溶液是綠色。葉綠素在紅色與藍紫色部分表現出明顯的吸收光譜。葉綠素a、b、c、d在乙醚溶液中的紅色與藍紫色部分吸收最大（毫微米），分別為662，430；644，455； 628，447； 688，447（參見圖）。在生活細胞中，它們的主要吸收帶和在溶媒中比較，是在10—50毫微米波長範圍內變動。根據活細胞的分光光度學的研究，已知在類囊體中至少有四種形態的葉綠素a存在。葉綠素在有機溶劑中發生強烈的螢光。在用光照射活細胞時所見到的葉綠素螢光，遠比在溶媒中的少。
組成
葉綠素是植物中進行光合作用的主要色素,是一類含脂的色素家族，位於類囊體膜，並且賦予植物的綠色。葉綠素吸收的光主要是藍紫色和紅色而不是綠色光，（綠光吸收量少，故葉綠素呈綠色）它在光合作用的光吸收中起核心作用。葉綠素分子是由兩部分組成的:核心部分是一個卟啉環(porphyrin ring),其功能是光吸收; 另一部分是一個很長的脂肪烴側鏈，稱為葉綠醇(phytol),葉綠素用這種側鏈插入到類囊體膜。與含鐵的血紅素基團不同的是,葉綠素卟啉環中含有一個鎂原子。葉綠素分子通過卟啉環中單鍵和雙鍵的改變來吸收可見光。
類型
植物含有幾種類型的葉綠素，它們之間的差別在於烴側鏈的不同。葉綠素a存在於能進行光合作用的真核生物和藍細菌中。大多數能進行光合作用的細胞還有第二種類型的葉綠素，即葉綠素b 或葉綠素c。在高等植物和綠藻的細胞中含有葉綠素b,而在其它一些類型的細胞中含有葉綠素c。不同類型的葉綠素對光的吸收也是不同的，如葉綠素a最大的吸收光的波長在420～663nm,葉綠素b 的最大吸收波長範圍在460～645nm。當葉綠素分子位於葉綠體膜上時，由於葉綠素與膜蛋白的相互作用，會使光吸收的特性稍有改變。
類胡蘿蔔素
類胡蘿蔔素（carotenoid）是一類由8個異戊二烯單位組成的，含有40個碳原子的化合物，不溶於水而溶於有機溶劑。葉綠體中的類胡蘿蔔素含有兩種色素，即胡蘿蔔素（carotenoid）和葉黃素（xanthophyll），前者呈橙黃色，後者呈黃色。一般情況下，葉片中葉綠素與類胡蘿蔔素的比值約為3:1，所以正常的葉子呈現綠色。而在葉子衰老過程中，葉綠素較易降解，而類胡蘿蔔素比較穩定，所以葉片呈現黃色。
