Clorofila și carotenoizii sunt ambii pigmenți, sau cromofori, care sunt implicați în fotosinteză. Atât clorofila, cât și carotenoidele sunt responsabile pentru recoltarea luminii, absorbția fotonilor și transferul energiei de excitație către centrul de reacție fotosintetică. Cu toate acestea, doar clorofila funcționează în centrul de reacție pentru a efectua separarea sarcinii prin membrana celulară. Clorofila este cea care declanșează o serie de reacții de transfer de electroni care în cele din urmă reduc dioxidul de carbon (CO2) la carbohidrați.
Cu un nume care înseamnă „frunză verde” în greacă, clorofila a fost identificată pentru prima dată în 1818 de Pierre Joseph Pelletier și Joseph Bienaime Caventou. Clorofila este binecunoscută pentru aspectul său verde și pentru că este cel mai abundent pigment fotosintetic de pe Pământ. De la descoperirea sa inițială, au fost descoperite zeci de tipuri de molecule de clorofilă. Din punct de vedere molecular, toți sunt tetrapiroli ciclici și de obicei conțin un ion central de magneziu. Structura chimică a clorofilei are potențialul de a câștiga sau pierde electroni cu ușurință, ceea ce îi permite să absoarbă fotonii și să transfere energia de excitație către și în interiorul centrului de reacție fotosintetică.
Clorofila și carotenoizii sunt ambele pigmenți de captare a luminii, dar clorofila este cea mai abundentă și cea mai critică pentru fotosinteză. Diferitele tipuri de clorofile, care lucrează în combinație, sunt capabile să absoarbă lumina pe o mare parte din spectrul fotosintetic, de la 330-1,050 nanometri. O excepție este ceea ce se numește „decalajul verde”, în jur de 500 de nanometri. Pigmenții accesorii sunt necesari pentru a umple acest gol de absorbție.
O a doua limitare a clorofilei rezultă din însăși caracteristica care le face pigmenți atât de puternici în sistemul fotosintetic: capacitatea lor de a menține stări excitate de lungă durată. Această capacitate, totuși, duce și la o tendință de a genera specii reactive de oxigen toxice. Din nou, pigmenții accesorii, în special carotenoizii, pot ajuta la rezolvarea acestei probleme.
Carotenoizii sunt cromofori care sunt de obicei de culoare roșie, portocalie sau galbenă. Cel mai cunoscut carotenoid este probabil carotenul, care conferă morcovilor culoarea portocalie. Carotenoidele au două funcții principale: recoltarea energiei luminoase pentru fotosinteză și protejarea clorofilei de daunele cauzate de lumină.
Pentru funcția lor primară, carotenoizii absorb energia luminoasă de la fotoni. Împreună cu biliproteinele, ele ajută la absorbția energiei în „decalajul verde” de aproape 500 de nanometri. Ei nu sunt capabili să transfere această energie direct în calea fotosintetică din centrul de reacție. Mai degrabă, ei transferă energia de excitație direct către moleculele de clorofilă, care apoi transferă energia către centrele de reacție și pe calea fotosintetică. Carotenoizii sunt astfel cunoscuți ca pigmenți accesorii, iar clorofila și carotenoizii alcătuiesc împreună antena de captare a luminii din interiorul celulelor.
Poate cea mai importantă funcție a carotenoizilor este protejarea clorofilei și a celulelor din jur de daunele cauzate de lumină. Clorofilele generează adesea specii reactive de oxigen toxice, care provoacă diverse daune celulare și sunt deosebit de predispuse să genereze astfel de radicali liberi în condiții de lumină ridicată. Carotenoizii sunt capabili să absoarbă excesul de lumină, deturnându-l de la clorofilă. Spre deosebire de clorofilă, carotenoizii pot transforma inofensiv energia de excitație în exces în căldură.