La clorofilla (dal greco χλωρός, chlōrós - "verde chiaro, fresco" e φύλλον, phýllon - "Foglia") o Foglia Verde si riferisce a una classe di pigmenti naturali prodotti da organismi che svolgono la fotosintesi. Le piante in particolare ottengono il loro colore verde dalle molecole di clorofilla.
Piante, alghe e cianobatteri hanno diversi tipi di clorofilla, diversi batteri fotosintetici hanno diversi tipi di batterioclorofilla .
Struttura e proprietà
Chimicamente, le clorofille sono complessi organici (a base di cloro) con uno ione Mg come ione centrale. La parte organica funge da legante tetradentato del complesso chelato. Con clorofilla a la parte a catena della molecola è una forma esterificata di fitolo.
Gli emi, che fanno parte del pigmento sanguigno (emoglobina), della mioglobina e dei citocromi, hanno una struttura molto simile, con il ferro invece del magnesio come atomo centrale negli emi.
La clorofilla è altamente solubile in etanolo, acetone e altri solventi con proprietà simili.
| Nome | struttura | C3 -riposo | C7 -riposo | C8 -riposo | C17 -riposo | C17-18 -Rilegatura | formula molecolare |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Clorofilla a | -CH=CH2 | -CH3 | -CH2 CH3 | -CH2 CH2 COO-Phytyl | legame unico | C55 H72 O5 N4 mg | |
| Clorofilla b | -CH=CH2 | -CHO | -CH2 CH3 | -CH2 CH2 COO-Phytyl | legame unico | C55 H70 O6 N4 mg | |
| Clorofilla c 1 | -CH=CH2 | -CH3 | -CH2 CH3 | -CH=CHCOOH | doppio legame | C35 H30 O5 N4 mg | |
| Clorofilla c 2 | -CH=CH2 | -CH3 | -CH=CH2 | -CH=CHCOOH | doppio legame | C35 H28 O5 N4 mg | |
| Clorofilla d | -CHO | -CH3 | -CH2 CH3 | -CH2 CH2 COO-Phytyl | legame unico | C54 H70 O6 N4 mg |
Proprietà spettrali
Gli spettri di assorbimento della clorofilla disciolta nei solventi hanno sempre due massimi di assorbimento distinti, uno compreso tra 600 e 800 nm, che è indicato come Qy banda e una di circa 400 nm chiamata banda di Soret. La figura a destra mostra questi massimi di assorbimento per la clorofilla a e b . Inoltre, c'è la Qx -banda intorno a 580 nm perpendicolare a Qy è polarizzato e di solito molto debolmente assorbito. Per la clorofilla a può ancora essere visto nella figura per la clorofilla b scompare sottoterra.
Dagli spettri in figura è facile capire perché le foglie - queste contengono clorofilla a e b – sono verdi. Insieme assorbono la clorofilla a e b principalmente nella gamma spettrale del blu (400-500 nm) e nella gamma spettrale del rosso (600-700 nm). D'altra parte, non c'è assorbimento nella regione verde, quindi la luce verde è diffusa, facendo apparire le foglie verdi.
L'assorbimento dipende dal solvente e di conseguenza la posizione dei massimi di assorbimento può variare di alcuni nanometri a seconda del tipo di solvente. Le cose sono diverse nell'ambiente naturale della clorofilla, cioè l'ambiente proteico. Qui la posizione dei massimi di assorbimento dipende da due fattori:(1) A seconda della carica parziale degli amminoacidi circostanti e della flessione dei gruppi laterali delle molecole di clorofilla, i massimi di assorbimento possono trovarsi a lunghezze d'onda molto diverse. (2) Nelle proteine, le clorofille sono molto vicine tra loro, così che interagiscono tra loro (interazione dipolo-dipolo; a distanze molto piccole si scambiano anche interazioni). Questa interazione porta ad un abbassamento dei livelli di energia e quindi ad uno spostamento verso il rosso dei massimi di assorbimento. Ciò può essere visto in modo particolarmente impressionante nell'esempio del complesso di antenne LH2 di batteri viola. Il complesso LH2 è costituito da due gruppi di molecole di batterioclorofilla disposte ad anello (vedi figura a sinistra). L'anello superiore (B850) contiene 18 BChl a -Molecole che hanno distanze molto piccole tra loro, cioè sono fortemente accoppiate. L'anello inferiore (B800) è composto da 9 BChl a -Molecole molto più distanti tra loro e quindi molto più deboli accoppiate.
A causa del forte accoppiamento, l'assorbimento di BChl a spostato in rosso nell'anello B850. La banda di assorbimento è a 850 nm Il BChl debolmente accoppiato a dell'anello B800, invece, assorbono a 800 nm, all'incirca nello stesso intervallo di BChl a disciolto in solvente -Molecole. Nello spettro di assorbimento (figura a destra) del complesso LH2, le bande di assorbimento sono B800 e B850 BChl a -Molecole nettamente separate. Inoltre, vengono mostrate le bande originate dalle molecole di carotenoidi, che non sono disegnate nella struttura.
Tipi
Esistono diversi tipi di clorofilla, che differiscono nei gruppi laterali della porfirina. Hanno spettri di assorbimento diversi e si trovano in diversi organismi fototrofi:
| Tipo di clorofilla | colore | Massimi di assorbimento (nm) | Ricorrenze |
|---|---|---|---|
| Clorofilla a | alzavola | 430, 662 | Cianobatteri e tutti gli eucarioti fototrofici |
| Clorofilla b | giallo-verde | 454, 643 | Alghe verdi (Chlorophyta), Euglenozoa e tutte le piante terrestri |
| Clorofilla c | verde | 444, 576, 626 | al posto della clorofilla b nelle alghe brune (Phaeophyta), diatomee (Bacillariophyta), Alghe d'oro (Chrysophyta), Alghe giallo-verdi (Xanthophyta), Haptophyta, Dinophyta e Raphidophyceae |
| Clorofilla d | 447, 688 | al posto della clorofilla b nelle alghe rosse (Rhodophyta) | |
| Batterioclorofilla a | verde | 358, 577, 773 | Batteri viola (Rhodospirillaceae, Chromatiaceae) |
| Batterioclorofilla b | 368, 580, 794 | Batteri sulfurei viola (Chromatiaceae) | |
| Batterioclorofilla c | verde | 432, 660 | Batteri sulfurei verdi (Chlorobiaceae) |
| Batterioclorofilla cs | Batteri verdi non solforati (Chloroflexaceae) | ||
| Batterioclorofilla d | 458, 646 | Batteri sulfurei verdi (Chlorobiaceae) | |
| Batterioclorofilla e | 424, 654 | Batteri sulfurei verdi (Chlorobiaceae) | |
| Batterioclorofilla g | 408, 418, 470, 575, 763 | Eliobatteri |
Importanza nella fotosintesi
Le clorofille hanno diversi ruoli nella fotosintesi. Di gran lunga la maggior parte viene utilizzata per l'assorbimento della luce e la trasmissione dell'energia assorbita. A tale scopo, le molecole di clorofilla sono organizzate in complessi di raccolta della luce, che sono disposti in modo tale che da un lato si formi la superficie assorbente più ampia possibile e dall'altro si crei un imbuto energetico che dirige l'energia assorbita verso il cosiddetto centro di reazione. Nel centro di reazione, due clorofille fungono da accettori di questa energia. Sono disposti in un modo così speciale che la loro eccitazione porta alla separazione delle cariche, che può essere considerata il primo passo nella fotosintesi vera e propria. Questa coppia di clorofilla è chiamata coppia speciale chiamato.
Ci sono molte differenze nella struttura dei complessi di raccolta della luce negli organismi fotosintetici molto diversi, ma la struttura del centro di reazione è sempre quasi la stessa. La coppia speciale è sempre sostituita dalla clorofilla a nelle piante, nelle alghe e nei cianobatteri , formata da varie batterioclorofille nei batteri.
Cronologia
Richard Willstätter è stato il primo a studiare la struttura chimica della clorofilla. Il chimico Hans Fischer riprese le ricerche di Willstätter negli anni '30 e nel 1940 riuscì a chiarire la struttura della molecola. La ricerca di Fischer è stata confermata dalla sintesi della clorofilla di Robert B. Woodward nel 1960.
Altro
Un'importante proprietà della clorofilla è la fluorescenza della clorofilla. Viene utilizzato principalmente per determinare il contenuto di clorofilla e la sua attività, nonché per altre analisi scientifiche.
Come additivo alimentare, alla clorofilla viene assegnato il numero di identificazione E 140.
Riferimenti
- ↑ Hugo Scheer (a cura di):Clorofille. CRC Press, 1991. ISBN 0-8493-6842-1
Riferimenti
- Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer:Biochimica . 6a edizione. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-8274-1800-5
- Complesso di raccolta leggera
