Klorofil in karotenoidi sta pigmenta ali kromofora, ki sodelujeta pri fotosintezi. Tako klorofil kot karotenoidi so odgovorni za zbiranje svetlobe, absorpcijo fotonov in prenos energije vzbujanja v fotosintetični reakcijski center. Samo klorofil pa deluje znotraj reakcijskega centra za ločevanje naboja čez celično membrano. Klorofil je tisti, ki sproži vrsto reakcij prenosa elektronov, ki sčasoma zmanjšajo ogljikov dioksid (CO2) v ogljikove hidrate.
Z imenom, ki v grščini pomeni “zeleni list”, sta klorofil leta 1818 prvič identificirala Pierre Joseph Pelletier in Joseph Bienaime Caventou. Klorofil je znan po svojem zelenem videzu in po tem, da je najbolj razširjen fotosintetični pigment na Zemlji. Od prvotnega odkritja je bilo odkritih na desetine vrst molekul klorofila. Molekularno so vsi ciklični tetrapiroli in običajno vsebujejo osrednji magnezijev ion. Kemična struktura klorofila lahko zlahka pridobi ali izgubi elektrone, kar mu omogoča, da absorbira fotone in prenese energijo vzbujanja v in znotraj fotosintetskega reakcijskega centra.
Klorofil in karotenoidi so pigmenti, ki zbirajo svetlobo, vendar je klorofil najbolj razširjen in najbolj kritičen za fotosintezo. Različne vrste klorofilov, ki delujejo v kombinaciji, lahko absorbirajo svetlobo v večjem delu fotosintetskega spektra, od 330 do 1,050 nanometrov. Ena izjema je tako imenovana “zelena vrzel”, približno 500 nanometrov. Za zapolnitev te vpojne vrzeli so potrebni dodatni pigmenti.
Druga omejitev klorofilov izhaja iz same značilnosti, zaradi katere so tako močni pigmenti v fotosintetskem sistemu: njihova sposobnost ohranjanja dolgoživih vzbujenih stanj. Ta sposobnost pa vodi tudi v nagnjenost k ustvarjanju strupenih reaktivnih kisikovih vrst. Ponovno lahko pomožni pigmenti, zlasti karotenoidi, pomagajo rešiti to težavo.
Karotenoidi so kromofori, ki so običajno rdeče, oranžne ali rumene barve. Najbolj znan karotenoid je verjetno karoten, ki daje korenju oranžno barvo. Karotenoidi imajo dve glavni funkciji: zbiranje svetlobne energije za fotosintezo in zaščito klorofila pred poškodbami svetlobe.
Za svojo primarno funkcijo karotenoidi absorbirajo svetlobno energijo fotonov. Skupaj z biliproteini pomagajo absorbirati energijo v “zeleni vrzeli” blizu 500 nanometrov. Te energije ne morejo prenesti neposredno v fotosintetično pot v reakcijskem centru. Namesto tega prenašajo energijo vzbujanja neposredno na molekule klorofila, ki nato prenesejo energijo v reakcijske centre in v fotosintetično pot. Karotenoidi so tako znani kot dodatni pigmenti, klorofil in karotenoidi pa skupaj sestavljajo anteno za zbiranje svetlobe v celicah.
Morda je najpomembnejša funkcija karotenoidov zaščita klorofila in okoliške celice pred poškodbami svetlobe. Klorofili pogosto tvorijo strupene reaktivne kisikove vrste, ki povzročajo različne poškodbe celic, in so še posebej nagnjeni k ustvarjanju takšnih prostih radikalov pri močni svetlobi. Karotenoidi lahko absorbirajo odvečno svetlobo in jo odvrnejo od klorofila. Za razliko od klorofila lahko karotenoidi neškodljivo pretvorijo odvečno energijo vzbujanja v toploto.