chlorofil

chlorofil (z greckiego χλωρός, chlōrós - "jasnozielony, świeży" i φύλλον, phýllon - „Liść”) lub Zielony liść odnosi się do klasy naturalnych pigmentów wytwarzanych przez organizmy przeprowadzające fotosyntezę. W szczególności rośliny uzyskują zielony kolor z cząsteczek chlorofilu.

Rośliny, glony i cyjanobakterie mają różne typy chlorofilu, różne bakterie fotosyntetyczne mają różne typy bakteriochlorofilu .

Struktura i właściwości

Chemicznie, chlorofile są kompleksami organicznymi (na bazie chloru) z jonem Mg jako jonem centralnym. Część organiczna działa jako tetrakleszczowy ligand kompleksu chelatowego. Z chlorofilem a część łańcuchowa cząsteczki jest zestryfikowaną formą fitolu.

Hemy, które są częścią barwnika krwi (hemoglobiny), mioglobiny i cytochromów, mają bardzo podobną strukturę, przy czym centralnym atomem hemu jest żelazo zamiast magnezu.

Chlorofil jest dobrze rozpuszczalny w etanolu, acetonie i innych rozpuszczalnikach o podobnych właściwościach.

Właściwości widmowe

Widma absorpcyjne chlorofilu rozpuszczonego w rozpuszczalnikach zawsze mają dwa różne maksima absorpcji, jedno między 600 a 800 nm, oznaczane jako Q_y pasmo i jeden około 400 nm zwany pasmem Soreta. Rysunek po prawej pokazuje te maksima absorpcji dla chlorofilu a i b . Ponadto istnieje Q_x -pasmo około 580 nm prostopadle do Q_y jest spolaryzowany i zwykle bardzo słabo wchłaniany. Dla chlorofilu a nadal widać to na rysunku dla chlorofilu b znika pod ziemią.

Z widm na rysunku łatwo zrozumieć, dlaczego liście - zawierają chlorofil a i b - są zielone. Razem pochłaniają chlorofil a i b głównie w niebieskim zakresie spektralnym (400-500 nm) i czerwonym (600-700 nm). Z drugiej strony nie ma absorpcji w zielonym obszarze, więc zielone światło jest rozpraszane, przez co liście wydają się zielone.

Absorpcja zależy od rozpuszczalnika i odpowiednio położenie maksimów absorpcji może różnić się o kilka nanometrów w zależności od rodzaju rozpuszczalnika. Inaczej jest w naturalnym środowisku chlorofilu, czyli środowisku białkowym. Tutaj położenie maksimów absorpcji zależy od dwóch czynników:(1) W zależności od częściowego ładunku otaczających aminokwasów i wygięcia grup bocznych cząsteczek chlorofilu, maksima absorpcji mogą leżeć przy bardzo różnych długościach fal. (2) W białkach chlorofile zbliżają się do siebie bardzo blisko siebie, tak że oddziałują ze sobą (oddziaływanie dipol-dipol; w bardzo małych odległościach również oddziaływanie wymienne). Ta interakcja prowadzi do obniżenia poziomów energii, a tym samym do przesunięcia ku czerwieni maksimów absorpcji. Widać to szczególnie imponująco na przykładzie kompleksu antenowego LH2 purpurowej bakterii. Kompleks LH2 składa się z dwóch grup cząsteczek bakteriochlorofilu ułożonych w pierścień (patrz rysunek po lewej). Górny pierścień (B850) zawiera 18 BChl a - Cząsteczki, które mają bardzo małe odległości od siebie, tj. są silnie sprzężone. Dolny pierścień (B800) składa się z 9 BChl a - Cząsteczki, które są znacznie dalej od siebie i dlatego są znacznie słabiej sprzężone.

Ze względu na silne sprzężenie, absorpcja BChl a przesunięty na czerwony w pierścieniu B850. Pasmo absorpcji wynosi 850 nm. Słabo sprzężony BChl a z drugiej strony pierścienia B800 absorbują przy 800 nm, mniej więcej w tym samym zakresie co BChl a rozpuszczony w rozpuszczalniku -Cząsteczki. W widmie absorpcyjnym (rysunek po prawej) kompleksu LH2, pasma absorpcji to B800 i B850 BChl a - Cząsteczki wyraźnie oddzielone. Ponadto pokazano prążki pochodzące z cząsteczek karotenoidów; nie są one narysowane w strukturze.

Typy

Istnieją różne rodzaje chlorofilu, które różnią się od siebie grupami bocznymi porfiryny. Mają różne widma absorpcyjne i występują w różnych organizmach fototroficznych:

Znaczenie w fotosyntezie

Chlorofile odgrywają kilka ról w fotosyntezie. Zdecydowanie największa część jest wykorzystywana do pochłaniania światła i przesyłania pochłoniętej energii. W tym celu cząsteczki chlorofilu są zorganizowane w kompleksy światłonośne, które są ułożone w taki sposób, że z jednej strony powstaje jak największa powierzchnia pochłaniająca, a z drugiej powstaje lejek energetyczny, który kieruje pochłoniętą energię do tak zwane centrum reakcji. W centrum reakcji jako akceptory tej energii służą dwa chlorofile. Są one ułożone w tak szczególny sposób, że ich wzbudzenie prowadzi do separacji ładunków, co można uznać za pierwszy krok w rzeczywistej fotosyntezie. Ta para chlorofilów nazywa się para specjalna dzwoniono.

Istnieje wiele różnic w budowie kompleksów zbierających światło w bardzo różnych organizmach fotosyntetycznych, ale struktura centrum reakcji jest zawsze prawie taka sama. para specjalna jest zawsze zastępowany przez chlorofil a w roślinach, glonach i sinicach , tworzony przez różne bakteriochlorofile w bakteriach.

Historia

Richard Willstätter jako pierwszy zbadał strukturę chemiczną chlorofilu. Chemik Hans Fischer wznowił badania Willstättera w latach 30. XX wieku, aw 1940 był w stanie wyjaśnić strukturę cząsteczki. Badania Fischera potwierdziła synteza chlorofilu Roberta B. Woodwarda w 1960 roku.

Inne

Ważną właściwością chlorofilu jest fluorescencja chlorofilu. Służy głównie do określania zawartości chlorofilu i jego aktywności, a także do innych analiz naukowych.

Jako dodatek do żywności chlorofil otrzymuje numer identyfikacyjny E 140.

Referencje

1. ↑ Hugo Scheer (redaktor):Chlorofile. CRC Press, 1991. ISBN 0-8493-6842-1

Referencje

• Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer:Biochemia . Wydanie szóste. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-8274-1800-5

• Kompleks zbierania światła