Barwniki fotosyntetyczne (asymilacyjne) - barwne związki chemiczne odgrywające kluczową rolę w procesie fotosyntezy. Wyróżnia się trzy główne grupy barwników fotosyntetycznych: chlorofile, karotenoidy i fikobiliny.

hlorofil - organiczny związek chemiczny będący zielonym barwnikiem obecny w roślinach, algach (glonach) i bakteriach fotosyntetycznych (w tym: sinice), którego zadaniem jest wychwytywanie kwantów światła i przekazywanie energii wzbudzenia do centrum reakcji fotosystemu skąd wybijane są elektrony, spożytkowane następnie w dalszych etapach fotosyntezy. Zielony kolor chlorofilu spowodowany jest bardzo wysoką absorpcją w czerwonej i niebieskiej części spektrum światła, a niską absorpcją w "zielonej" części spektrum światła (długość fali 500-600 nm).

Stosunki ilościowe chlorofili w roślinach zależą między innymi od warunków siedliskowych: rośliny cieniolubne (cienioznośne) mają więcej chlorofilu b, rośliny światłolubne (światłożądne) — chlorofilu a.

W zależności od rodzaju podstawników układu porfirynowego wyróżniania się następujące typy chlorofilu:

	Chlorofil a	Chlorofil b	Chlorofil c1	Chlorofil c2	Chlorofil d
Wzór sumaryczny	C55H72O5N4Mg	C55H70O6N4Mg	C35H30O5N4Mg	C35H28O5N4Mg	C54H70O6N4Mg
grupa w pozycji C3	-CH=CH2	-CH=CH2	-CH=CH2	-CH=CH2	-CHO
grupa w pozycji C7	-CH3	-CHO	-CH3	-CH3	-CH3
grupa w pozycji C8	-CH2CH3	-CH2CH3	-CH2CH3	-CH=CH2	-CH2CH3
grupa w pozycji C17	-CH2CH2COO-Phytyl	-CH2CH2COO-Phytyl	-CH=CHCOOH	-CH=CHCOOH	-CH2CH2COO-Phytyl
Wiązanie C17-C18	Pojedyncze	Pojedyncze	Podwójne	Podwójne	Pojedyncze
Występowanie	Eukariota + sinice	Rośliny + cześć glonów	Brunatnice	Brunatnice	Krasnorosty

Numeracja atomów węgla patrz "układ porfirynowy"

Struktura chemiczna chlorofilu z zaznaczonymi różnicami w budowie odmiany a, b i d

U bakterii fotosyntetyzujących występują barwniki zbliżone budową do chlorofilów zwane bakteriochlorofilami.

Dwa najpowszechniej występujące chlorofile, chlorofil a — niebieskozielony, chlorofil b — żółtozielony, stanowią przeważającą większość masy wszystkich barwników w organie fotosyntetyzującym.

Chlorofil to chemicznie kompleks jonu magnezowego i pochodnej porfiryny, z przyłączonym długim "ogonem" fitolu. Długi łańcuch fitolu nie uczestniczy w absorpcji światła, a ma za zadanie kotwiczyć cząsteczkę chlorofilu w błonie tylakoidu. W chloroplastach, chlorofil wchodzi w skład większych kompleksów barwnikowo-białkowych (tak zwanych fotosystemów oraz układów antenowych).

Kompleks porfirynowo-magnezowy jest światłoczuły i po zaabsorbowaniu kwantu światła ulega wzbudzeniu. Stan wzbudzenia przekazywany jest przez kolejne cząsteczki chlorofilu do centrum reakcji - cząsteczki chlorofilu w specyficznym otoczeniu białkowym. Z chlorofilu stanowiącego centrum reakcji elektron jest wybijany i następnie przechwytywany przez kolejnych pośredników zlokalizowanych w obrębie fotosystemów, a następnie na kolejne przekaźniki w obrębie błony tylakoidów. Transport elektronów w błonach tylakoidów jest konieczny do wytworzenia NADPH (tzw. "siły redukcyjnej") oraz gradientu protonowego w poprzek błony, niezbędnego do produkcji ATP przez chloroplastową syntazę ATP.

Chlorofile są dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (aceton itp.) i tłuszczach, a praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Chlorofile w roztworach wykazują silną fluorescencję. Fluorescencja chlorofili in vivo zależy od stanu funkcjonalnego układu fotosyntetycznego, i jest wykorzystywana do pomiarów parametrów wydajności fotosyntezy (metoda PAM, ang. Pulse Amplitude Modulated chlorophyll fluorescence).

Barwniki fotosyntetyczne to, oprócz chlorofili, również karotenoidy i fikobiliny.

Karotenoidy - grupa organicznych związków chemicznych, węglowodory nienasycone o szczególnej budowie, żółte, czerwone i pomarańczowe barwniki roślinne, występujące w chloroplastach i chromoforach.

Z chemicznego punktu widzenia, charakterystyczną cechą karotenoidów jest występowanie dwóch pierścieni cykloheksylowych połączonych długim łańcuchem węglowym, w którym występuje układ sprzężonych wiązań podwójnych węgiel-węgiel. Są to więc mieszane cykliczno-liniowe polieny. Jak dotąd zidentyfikowano i opisano około 800 karotenoidów.

Związki te pełnią pomocniczą rolę w procesie fotosyntezy, ponieważ absorbują pewne zakresy promieniowania świetlnego (niebieska, fioletowa) a następnie przekazywać energię stanu wzbudzonego na cząsteczkę chlorofilu. Pełnią również funkcję ochronną przed procesami fotooksydacji, na które narażone są głównie nienasycone kwasy tłuszczowe lipidów chloroplastowych. W liściach, ich barwa jest maskowana przez zieloną barwę barwników chlorofilowych, uwidocznia się to jesienią, kiedy chlorofile są degradowane przez enzymy: chlorofilazę, decheletazę i oksygenazę feoforbidu a, która katalizuje otwarcie pierścienia porfirynowego w feoforbidzie - ostatnim związku o barwie zielonej na szlaku rozkładu chlorofilu ^[1]. Przykładem karotenoidu jest β-karoten. Karotenoidy nadają również barwę innym częściom rośliny, np. korzeniowi marchewki.

Zazwyczaj występują w komórce w zdecydowanie mniejszych stężeniach niż chlorofile. Nie rozpuszczają się w wodzie. Ich cechą jest fotolabilność - ulegają przemianom w obecności światła. Ponadto spełniają ważną rolę ochronną przed uszkodzeniem fotosystemu spowodowanym nadmiarem docierającej energii świetlnej, pochłaniając ją i powodując jej dyspersję (czyli rozproszenie) albo też przekierowując na inne procesy fizjologiczne w komórce.

Karotenoidy należą do naturalnych przeciwutleniaczy. Karotenoidy należą do prekursorów witaminy A i są głównym dietetycznym źródłem tej witaminy u człowieka. W przewodzie pokarmowym powstaje retinal, który następnie jest przekształcany do retinolu.

Jedną z funkcji karotenoidów jest zabezpieczanie przed reaktywnymi formami tlenu powstających podczas fotosyntezy (aktywność przeciwutleniająca).

Fikobiliny ((gr): φύκος (fikos) - glon oraz (la): - bilis - żółć) - chromofory występujące u sinic oraz w chloroplastach glaukocystofitów, krasnorostów i kryptomonad. Fikobiliny, jako jedyne barwniki fotosyntetyczne powiązane są z białkami rozpuszczalnymi w wodzie (fikobiloproteinami), które przekazują energię pochłoniętych fotonów na cząsteczki chlorofili.

Fikobiliny szczególnie wydajnie absorbują światło czerwone, pomarańczowe, żółte i zielone, czyli w zakresie długości fali częściowo nieabsorbowanym przez chlorofile. Organizmy żyjące w wodach płytkich posiadają zazwyczaj fikolibiny absorbujące światło żółte i czerwone, natomiast żyjące w wodach głębszych - światło zielone.

Fikobiliny wykazują fluorescencję i są często wykorzystywane w technikach immunofluorescencyjnych jako znaczniki fluorescencyjne przyłączane do przeciwciał.

Znane są cztery typy fikolibin:

• fikocyjanobilina (niebieska)

• fikoerytrobilina (czerwona)

• fikourobilina (pomarańczowa)

• fikowiolobilina

Fikobiliny te występują w różnych kombinacjach z fikobiloproteinami, np. fikocyjaniną lub fikoerytryną.

Budowa [edytuj]

Z chemicznego punktu widzenia fikobiliny zbudowane są na podstawie szkieletu tetrapirolowego - otwartego łańcucha czterech pierścieni pirolowych Podobny szkielet tetrapirolowy ma bilirubina występująca w żółci (bilirubina, podobnie jak fikobiliny, jest światłoczuła, co wykorzystuje się w fototerapii żółtaczki noworodków) oraz fitochrom, natomiast w chlorofilu i hemie zbudowane są z czterech cząsteczek pirolu zamkniętych w pierścień porfirynowy.

---