Clorofila e carotenóides são pigmentos, ou cromóforos, envolvidos na fotossíntese. Tanto a clorofila quanto os carotenóides são responsáveis pela coleta de luz, absorção de fótons e transferência da energia de excitação para o centro de reação fotossintética. Somente a clorofila, no entanto, funciona dentro do centro de reação para realizar a separação de carga através da membrana celular. É a clorofila que desencadeia uma série de reações de transferência de elétrons que eventualmente reduzem o dióxido de carbono (CO2) aos carboidratos.
Com um nome que significa “folha verde” em grego, a clorofila foi identificada pela primeira vez em 1818 por Pierre Joseph Pelletier e Joseph Bienaime Caventou. A clorofila é conhecida por sua aparência verde e por ser o pigmento fotossintético mais abundante da Terra. Desde sua descoberta original, dezenas de tipos de moléculas de clorofila foram descobertas. Molecularmente, todos são tetrapirróis cíclicos e geralmente contêm um íon magnésio central. A estrutura química da clorofila tem potencial para ganhar ou perder elétrons facilmente, o que permite absorver fótons e transferir a energia de excitação para e dentro do centro de reação fotossintética.
Clorofila e carotenóides são pigmentos de captação de luz, mas a clorofila é a mais abundante e a mais crítica para a fotossíntese. Os diferentes tipos de clorofilas, trabalhando em conjunto, são capazes de absorver a luz em grande parte do espectro fotossintético, de 330 a 1.050 nanômetros. Uma exceção é o chamado “gap verde”, em torno de 500 nanômetros. Pigmentos acessórios são necessários para preencher esta lacuna de absorção.
Uma segunda limitação das clorofilas surge da própria característica que os torna pigmentos poderosos no sistema fotossintético: sua capacidade de manter estados excitados de vida longa. Essa capacidade, no entanto, também leva a uma tendência de gerar espécies reativas de oxigênio tóxicas. Mais uma vez, pigmentos acessórios, em particular os carotenóides, são capazes de ajudar a resolver esse problema.
Os carotenóides são cromóforos geralmente de cor vermelha, laranja ou amarela. O carotenóide mais conhecido é provavelmente o caroteno, que dá às cenouras a cor alaranjada. Os carotenóides têm duas funções principais: captar energia luminosa para a fotossíntese e proteger a clorofila dos danos causados pela luz.
Por sua função primária, os carotenóides absorvem a energia da luz dos fótons. Juntamente com as biliproteínas, elas ajudam a absorver energia no “gap verde” perto de 500 nanômetros. Eles não são capazes de transferir essa energia diretamente para a via fotossintética no centro de reação. Em vez disso, eles transferem a energia de excitação diretamente para as moléculas de clorofila, que depois transferem a energia para os centros de reação e para a via fotossintética. Os carotenóides são, portanto, conhecidos como pigmentos acessórios, e a clorofila e os carotenóides juntos formam a antena de captação de luz dentro das células.
Talvez a função mais importante dos carotenóides seja proteger a clorofila e a célula circundante dos danos causados pela luz. As clorofilas geralmente geram espécies reativas de oxigênio tóxicas, que causam diversos danos celulares, e são particularmente propensas a gerar esses radicais livres sob condições de luz alta. Os carotenóides são capazes de absorver o excesso de luz, desviando-a da clorofila. Ao contrário da clorofila, os carotenóides podem inofensivamente converter o excesso de energia de excitação em calor.