Kromofór – definíció, működés és biológiai szerepe
Kromofór — miért felelős a molekula színéért? Definíció, működés és biológiai szerep érthetően, példákkal és alkalmazásokkal a fényérzékelő molekulákról.
A kromofór a molekula színéért felelős része: az a részegység, amely képes látható fény egyes hullámhosszúságú hullámait elnyelni, és így meghatározni a molekula által visszavert vagy kibocsátott színét.
Működés — hogyan ad színt a kromofór?
A színt az okozza, hogy a kromofór bizonyos fénnyel való kölcsönhatás során elektronátmeneteket hoz létre. Ezek az átmenetek általában π→π* vagy n→π* típusúak, és azt jelentik, hogy a molekula kötő elektronjai gerjesztett állapotba kerülnek. A gerjesztéshez szükséges energia megfelel egy adott fényhullámhossznak, amelyet a kromofór elnyel — a többi hullámhosszat vagy visszaveri, vagy áteresztve azok adják a megfigyelt színt.
A kromofórák erősen konjugált kettős kötésrendszereket tartalmaznak: minél nagyobb a konjugáció hossza (több egymás után következő π-kötés), annál hosszabb hullámhosszon (vörösebb irányban) történik az elnyelés. Emellett a auxokrom (funkciós) csoportok — például –OH, –NH2 — is eltolhatják az elnyelési maximumot (ún. bathochromic vagy hypsochromic eltolódások), illetve módosítják az abszorpciós intenzitást.
Kromofórok típusai és biológiai példák
- Retinal (retinaldehid) — a látásban fontos kromofór: a retinával kapcsolódó opszinokban fény hatására konformációváltozás lép fel, ami az ingerületképzést elindítja.
- Klórofill — a fotoszintézis fő fényelnyelője a növényekben és algákban; erős elnyelést mutat a kék és a vörös tartományban, ezért a növények zöldnek látszanak.
- Hém-porfirinek — a hemoglobin és más hemfehérjék piros színét adó porfirinváz; fontos oxigénszállító és katalitikus funkciókban.
- Karotinoidok (pl. β-karotin) — hosszú konjugált rendszerek, amelyek sárga–narancs színeket adnak, antioxidáns szerepük is van.
- Melanin — polimerikus pigmentek, amelyek a bőr, haj és szem színéért felelősek, és UV-védelemben vesznek részt.
A fényt befogadó vagy érzékelő biológiai molekulákban a kromofór az a molekula azon része, amely a fény hatására reagál. Az élő szervezetekben a kromofór nem csak „színt ad”: részt vesz a fényenergia átalakításában (fotoszintézis), fényérzékelésben (látás, fototaxis), vagy védekezésben (UV-elnyelés).
Kromofórok és kromatofórák
A kromofórák adják a színt a kromatofórákban, amelyek a sok állatban található pigmenttartalmú és fényvisszaverő sejtek. A kromatofórák képesek pigmentjeik eloszlását változtatni (pl. mimikri vagy hőszabályozás céljából), így a kromofórok szerepe kiterjed a viselkedéses és fiziológiai választásokra is.
Mérések és gyakorlati alkalmazások
A kromofórok abszorpciós tulajdonságait spektrofotométerrel mérik: az egyes anyagoknak jellegzetes elnyelési spektruma van, amelyből következtetni lehet összetételre és koncentrációra (Beer–Lambert-törvény). A kromofórok használatosak festékekben, indikátorokban, bioérzékelőkben és fluoreszcens jelölők alapjaként (ha a kromofór emisszióra is képes, akkor fluorofórról beszélünk).
Különbség: kromofór vs. fluorofór
Minden fluorofór kromofór is, mert elnyeli a fényt, de nem minden kromofór fluoreszkál: egyes kromofórok az elnyelt energiát hővé alakítják vagy kémiai reakciót indítanak. A fluoreszcencia attól függ, hogy a gerjesztett állapot milyen útvonalon relaxál vissza az alapállapotba.
Összefoglalás
A kromofór tehát a molekula azon részlete, amely meghatározza a fényelnyelést és ezáltal a megfigyelhető színt. Szerkezeti sajátosságai — elsősorban a konjugált kötésrendszer hossza és a kapcsolódó funkciós csoportok — döntik el, mely hullámhosszakon történik az elnyelés. Biológiai rendszerekben a kromofórok létfontosságú szerepet játszanak a látástól és fotoszintézistől a szín- és jelzőrendszerekig.
A béta-karotin kémiai szerkezete. A molekula kromofórját alkotó tizenegy konjugált kettős kötés pirossal van kiemelve.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kromofór?
V: A kromofór egy molekulának az a része, amely színt ad neki.
K: Hogyan kapja egy molekula a színét?
V: Egy molekula színe akkor keletkezik, amikor elnyeli a látható fény bizonyos hullámhosszúságait.
K: Mi történik a fény más hullámhosszaival, amelyeket egy molekula nem nyel el?
V: A fény más hullámhosszúságú részei, amelyeket egy molekula nem nyel el, vagy áteresztődnek, vagy visszaverődnek, és ez okozza az általunk látott színt.
K: Mi a szerepe a kromofórnak a biológiai molekulákban?
V: A fényenergiát befogadó vagy érzékelő biológiai molekulákban a kromofór a molekula azon része, amely reagál, amikor fény éri.
K: Mit tartalmaznak a kromatofórák?
V: A kromatofórák a sok állatban megtalálható pigmenttartalmú és fényvisszaverő sejtek.
K: Mi a kromofórák funkciója a kromatofórákban?
V: A kromofórák felelősek a kromatofórák színéért.
K: Azonosíthatók-e az állatok a kromatofórok alapján?
V: Igen, az állatok azonosíthatók a kromatofóráikon keresztül, mivel ezek az egyes fajoknál egyediek.
Keres