ما هي وظيفة الصبغات الثانوية في الطحالب
الأصباغ الثانوية هي مركبات تمتص الضوء وتوجد في الكائنات العضوية الضوئية، وتتفاعل مع الكلوروفيل أ، وتشمل أيضا أشكالا أخرى من الصبغات مثل الكلوروفيل ب في الطحالب الخضراء وهوائيات النباتات العليا، بينما يحتوي بعض الأنواع الأخرى من الطحالب على الكلوروفيل ج أو د، وبالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من الأصباغ غير الكلوروفيل مثل الكاروتينات أو البروتينات التي تمتص الضوء وتنقل الطاقة الضوئية إلى نظام الكلوروفيل الضوئي، وبعض هذه الأصباغ الثانوية وخاصة الكاروتينات تعمل على امتصاص وتبديد الطاقة الزائدة وتعمل أيضا كمضادات للأكسدة، ويشار في بعض الأحيان إلى المجموعة الكبيرة المصاحبة جسديا من الكلوروفيل والأصباغ الثانوية بأنها طبقة صبغات .
أصباغ الكلوروفيل
تحتوي الأصباغ المختلفة للكلوروفيل والأصباغ غير الكلوروفيل المرتبطة بالنظام الضوئي على طيف مختلف من الامتصاص، إما بسبب تعديل أطياف الأصباغ المختلفة لبيئتها البروتينية المحلية، أو بسبب اختلافات هيكلية جوهرية في الأصباغ التابعة لها. والنتيجة هي توسع طيف الامتصاص المركب لجميع هذه الأصباغ في الجسم الحي وتسوية امتصاصها، حيث تمتص مجموعة واسعة من الإشعاعات المرئية والأشعة تحت الحمراء بواسطة النباتات والطحال .
تعتبر معظم الكائنات الحية غير قادرة على امتصاص الضوء الأخضر بشكل جيد، وبالتالي يتبقى معظم الضوء الذي يمر تحت أوراق الأشجار في الغابات أو تحت الماء مع وجود العوالق الكثيرة باللون الأخضر. يطلق على هذا الظاهرة الطيفية اسم `النافذة الخضراء`. وتحتوي بعض الكائنات الحية مثل بعض البكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء على بروتينات تسمى phycobiliproteins تمتص الضوء الأخضر الواصل إلى هذه البيئات .
النظم الأيكولوجية المائية
في النظم الإيكولوجية المائية ، قد يتم تحديد طيف امتصاص الماء ، جنبا إلى جنب مع المواد العضوية المذابة والجزيئية (الجلفين والتريبتون على التوالي) ، لتمييز موقع الاستفادة من الضوء. تتسق الأطوال الموجية بين 400 و 1100 نانومتر لامتصاص الماء الخفيف مع قمم امتصاص مجتمعية لعشرين على الأقل من أنواع البكتيريا الضوئية. يؤثر عامل آخر بسبب توجه الماء في امتصاص الترددات المنخفضة ، بينما تمتص الجلفين والتريبتون الترددات الأعلى. وهذا هو السبب في أن المحيط المفتوح يبدو أزرقا ويدعم الأنواع الصفراء مثل Prochlorococcus ، والذي يحتوي على الديفينيل – كلوروفيل أ و ب، سينكوكوكوس ، اللون الأحمر مع الفيكويثرين ، يتكيف مع الأجسام الساحلية ، بينما يسمح الفيكوسيانين للسيانوبكتيريا بالازدهار في المياه الداخلية الداكنة .
أصناف الأصباغ الرئيسية
تحدث ثلاثة أصناف رئيسية من أصباغ التمثيل الضوئي بين الطحالب: الكلوروفيل والكاروتينات (الكاروتينات وإكسانثوفيلز والفيكوبلينز)، والأصباغ هي سمة لبعض مجموعات الطحالب، والكلوروفيل والكاروتينات عادة ما تكون جزيئات قابلة للذوبان في الدهون، ويمكن استخلاصهما من أغشية الثايلاكويد باستخدام مذيبات عضوية مثل الأسيتون أو الميثانول أو DMSO، وعلى النقيض من ذلك، فإن الفيكوبيلين والبيريدينين قابلان للذوبان في الماء، ويمكن استخراجهما من أنسجة الطحالب بعد استخلاص الكلوروفيل باستخدام تلك المذيبات في تلك الأنسجة .
الأساس المنطقي وراء تقنيات الاستخراج هو تعطيل سلامة الخلية قدر الإمكان، وبالتالي إزالة جزيئات الصباغ من بروتينات الأغشية الداخلية، إن تجميد الأنسجة باستخدام النيتروجين السائل وطحن الأنسجة التي لا تزال مجمدة باستخدام الهاون والمدقة أو الخلاط، يتغلب على بعض مشكلات العمل مع المواد التي تنتج كميات كبيرة من السكريات اللزجة، ويحطم نسيج “ذوبان التجميد” أيضا الأغشية الخلوية، ولكنه قد يحرر المزيد من السكريات، ويمكن بعد ذلك تجانس الأنسجة المطحونة جيدا في مذيب عضوي لزيادة تعطيل الأغشية الخلوية، وتحرير جزيئات الصباغ من مجمعات بروتين الصباغ الخفيفة .
استخلاص الأصباغ
بمجرد استخلاص الأصباغ إلى مذيبات مناسبة ، يمكن فصلها كروماتوغرافيا بواسطة TLC أو HPLC لتحليلها وتحديدها، ويمكن تقدير تركيزات الصبغة في المذيبات الهيدروكربونية ؛ ومع ذلك ، فإن هذه الصيغ تنبؤية ، وقد تبالغ في تقدير بعض تركيزات الصباغ، ويمكن للأصباغ غير المفككة من بروتينات ربط الصباغ أن تغير أنماط امتصاص الأصباغ ، مما يؤدي إلى تحولات في الحد الأقصى من 10 إلى 50 نانومتر ، بالمقارنة مع الأطياف المقاسة للأنسجة السليمة .
كيف يمكن استخراج الصبغات
يمكن استخراج الصبغات من الأعشاب البحرية باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، على الرغم من أنه في كثير من الأحيان يتم العثور على تقنية فعالة لأنواع معينة فقط من خلال التجربة والخطأ، والطحالب التي تنتج كميات كبيرة من السكاريد يمكن أن يكون من الصعب جدا التعامل معها، ومن المهم أن نلاحظ أن الضوء والحرارة وأقصى درجة الحموضة والأكسجين يسببون تدمير مستخلصات الصباغ، ويجب أن تبقى المستخلصات باردة وملفوفة بالرقائق، وأن يتم العمل معها تحت أقل إضاءة ممكنة خلال العملية.
استخراج الأسيتون
يمكن استخدام هذه التقنية في استخلاص المواد الكيميائية من الطحالب الخضراء والبنية والحمراء، وكذلك الأعشاب البحرية، وربما يمكن استخراج بعض الخضر والأعشاب البحرية دون الحاجة إلى طحن النيتروجين السائل، ولكن لا بد من اتخاذ إجراءات أكثر تطرفًا لاستخراج المواد الكيميائية من الطحالب البنية والحمراء.