Хлорофил

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Хлорофилът е отговорен за зеления цвят на много растения и водорасли.
Погледнат през микроскоп, хлорофилът е концентриран в образувания, наричани хлоропласти.

Хлорофил (от гръцки: χλωρός – „зелен“ и φύλλον – „лист“) е зелен пигмент, открит в голяма част от растенията, някои водорасли и зелени гъби. Съдържа се в хлоропластите при висшите и в хроматофорите при низшите растения. При негово участие се извършва фотосинтезата. Количеството му в листата е от 0,6 до 1,2 %. Поглъща слънчева енергия и я трансформира в енергия на химичните връзки в органичните съединения, които се синтезират в процеса на фотосинтезата. По химически състав хлорофилът е от групата на органичните съединения. Има сложен химичен състав – представлява белтък, свързан с магнезий.

Хлорофилът не се разтваря във вода. Свързва се нековалентно с белтъци в пигмент-белтъчни комплекси. Извлича се с помощта на органични разтворители – алкохол, ацетон, бензол, хлороформ.

История[редактиране | редактиране на кода]

Хлорофилът е изолиран и наименуван за пръв път от французите Жозеф Биенеме Кавенту и Пиер Жозеф Пелетие през 1817 г.[1] Присъствието на магнезий в хлорофила е открито през 1906 г.,[2] което е и първият път, когато магнезий е засечен в жива тъкан.[3]

След първоначална работа, направена от немския химик Рихард Вилщетер в периода от 1905 до 1915 г., общата структура на хлорофил a е изяснена от Ханс Фишер през 1940 г. Към 1960 г., когато по-голямата част от стерохимията на хлорофила a е опозната, Робърт Бърнс Удуърд публикува цял синтез на молекулата.[3][4] През 1967 г. последните останали стереохимични изяснения са завършени от английския химик Иън Флеминг,[5] а през 1990 г. Удуард и екип публикуван обновен синтез.[6] През 2010 г. е обявено, че хлорофил f присъства в цианобактерии и други аеробни микроорганизми, които образуват строматолити.[7][8] Дедуцирани са молекулната формула C55H70O6N4Mg и структурата (2-формил)-хлорофил a.[9]

Фотосинтеза[редактиране | редактиране на кода]

Абсорбционен максимум на хлорофил върху спектъра на светлината. Хлорофилът поглъща енергия от светлината при строго видими честоти.

Хлорофилът е жизненоважен за фотосинтезата, която позволява на растенията да приемат енергия от светлината.[10]

Хлорофилните молекули се подреждат в и около фотосистеми, които са вградени в тилакоидните мембрани на хлоропластите.[11] В тези комплекси, хлорофилът служи за три функции. Функцията на по-голямата част от хлорофила (до няколкостотин молекули на фотосистема) е да абсорбира светлина. Правейки това, същите центрове извършват втора функция – да преобразуват светлинната енергия чрез резонантен енергиен трансфер към определена хлорофилна двойка в реакционния център на фотосистемите. Тази двойка влияе върху крайната функция на хлорофила – разделяне на зарядите, водейки до биосинтеза. Идентичността, функцията и спектралните свойства на видовете хлорофил във всяка фотосистема са различни, както е различна и протеиновата структура около тях. Веднъж извлечени от протеина в разтворител (като например ацетон или метанол), тези хлорофилни пигменти могат да се разделят на хлорофил a и хлорофил b.[12][13][14]

Функцията на реакционния център на хлорофила е да абсорбира светлинна енергия и да я прехвърли към други части на фотосистемата. Приетата енергия на фотона се преобразува на електрон в процес, наречен разделяне на заряда. Премахването електрон от хлорофила е оксидираща реакция. Хлорофилът дава високоенергийния електрон на ред молекулни посредници, което се нарича електрон-транспортна верига. Зареденият реакционен център на хлорофила (P680+) тогава се редуцира към базовото си ниво като приема електрон от вода. Електронът, който редуцира P680+, накрая идва от оксидацията на вода в O2 и H+ чрез няколко посредници. Тази реакция обяснява как фотосинтезиращи организми като растенията произвеждат O2 и са източник на практически всичкия кислород в земната атмосфера.

Потокът от електрони, произведен от реакционния център, се използва за изпомпване на H+ йони през тилакоидната мембрана, установявайки хемиосмотичен потенциал, използван основно при произвеждането на АТФ (съхраняване на химична енергия) или за да редуцира НАДФ+ до НАДФ. НАДФ е универсален агент, използван за редуцирането на CO2 до захари.

Хлорофил-протеиновите комплекси на реакционните центрове са способни директно да абсорбират светлина и да изпълняват разделяне на заряди без помощта на други хлорофилни пигменти, но вероятността това да се случи при даден интензитет на светлината е малка. Следователно, другите хлорофили във фотосистемата всички кооперативно абсорбират и насочват светлинна енергия към реакционния център. Освен хлорофил a, съществуват и други спомагателни пигменти.

Химична структура[редактиране | редактиране на кода]

Хлорофил a Хлорофил b Хлорофил c1 Хлорофил c2 Хлорофил d
Молекулна формула C55H72O5N4Mg C55H70O6N4Mg C35H30O5N4Mg C35H28O5N4Mg C54H70O6N4Mg
C3 група -CH=CH2 -CH=CH2 -CH=CH2 -CH=CH2 -CHO
C7 група -CH3 -CHO -CH3 -CH3 -CH3
C8 група -CH2CH3 -CH2CH3 -CH2CH3 -CH=CH2 -CH2CH3
C17 група -CH2CH2COO-Phytyl -CH2CH2COO-Phytyl -CH=CHCOOH -CH=CHCOOH -CH2CH2COO-Phytyl
C17-C18 връзка единична единична двойна двойна единична
Разпространение навсякъде повечето растения някои гъби някои гъби цианобактерии
Структура на хлорофил a
Структура на хлорофил b
Структура на хлорофил d
Структура на хлорофил c1
Структура на хлорофил c2

Кулинарна употреба[редактиране | редактиране на кода]

Хлорофилът е регистриран като хранителна добавка (оцветител) и Е-номер е Е140. Готвачите използват хлорофил, за да оцветяват различни храни или напитки в зелено, като например паста и абсент.[15] Хлорофилът е неразтворим във вода и затова първо се смесва с малко количество растителна мазнина, за да се получи желания разтвор.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Delépine, Marcel. Joseph Pelletier and Joseph Caventou. // Journal of Chemical Education 28 (9). септември 1951. DOI:10.1021/ed028p454. с. 454. * Pelletier and Caventou (1817) "Notice sur la matière verte des feuilles", Journal de Pharmacie, 3 : 486 – 491. с. 490: „Nous n'avons aucun droit pour nommer une substance connue depuis long-temps, et à l'histoire de laquelle nous n'avons ajouté que quelques faits ; cependant nous proposerons, sans y mettre aucune importance, le nom de chlorophyle, de chloros, couleur, et φυλλον, feuille : ce nom indiquerait le rôle qu'elle joue dans la nature.“
  2. Willstätter, Richard (1906) "Zur Kenntniss der Zusammensetzung des Chlorophylls", Annalen der Chemie, 350 : 48 – 82. с. 49: „Das Hauptproduct der alkalischen Hydrolyse bilden tiefgrüne Alkalisalze. In ihnen liegen complexe Magnesiumverbindungen vor, die das Metall in einer gegen Alkali auch bei hoher Temperatur merkwürdig widerstandsfähigen Bindung enthalten.“
  3. а б Motilva, Maria-José. 5th Pigments in Food congress – for quality and health. University of Helsinki, 2008. ISBN 978-952-10-4846-3.
  4. Woodward, R. B. и др. The total synthesis of chlorophyll. // Journal of the American Chemical Society 82 (14). юли 1960. DOI:10.1021/ja01499a093. с. 3800 – 3802.
  5. Fleming, Ian. Absolute Configuration and the Structure of Chlorophyll. // Nature 216 (5111). 14 октомври 1967. DOI:10.1038/216151a0. с. 151 – 152.
  6. Woodward, R. B. и др. The total synthesis of chlorophyll a. // Tetrahedron 46 (22). 1990. DOI:– 4020(90)80003-Z 10.1016/0040 – 4020(90)80003-Z. с. 7599 – 7659.
  7. Jabr, Ferris (19 август 2010) A New Form of Chlorophyll?. Scientific American.
  8. Infrared chlorophyll could boost solar cells. New Scientist. 19 август 2010.
  9. Chen, Min и др. A Red-Shifted Chlorophyll. // Science 329 (5997). September 2010. DOI:10.1126/science.1191127. с. 1318 – 1319.
  10. Carter, J. Stein. Photosynthesis. // University of Cincinnati, 1996.
  11. Nature. Unit 1.3. Photosynthetic Cells. // Essentials of Cell Biology. nature.com, 5 юли 2013.
  12. Marker, A. F. H.. The use of acetone and methanol in the estimation of chlorophyll in the presence of phaeophytin. // Freshwater Biology 2 (4). 1972. DOI:10.1111/j.1365-2427.1972.tb00377.x. с. 361 – 385.
  13. Jeffrey, S. W.. Some Spectral Characteristics of Chlorophyll c from Tridacna crocea Zooxanthellae. // Biological Bulletin 136 (1). Marine Biological Laboratory, февруари 1969. DOI:10.2307/1539668. с. 54 – 62.
  14. Gilpin, Linda. Methods for analysis of benthic photosynthetic pigment. // School of Life Sciences, Napier University, 21 март 2001.
  15. Adams, Jad. Hideous absinthe : a history of the devil in a bottle. United Kingdom, I.B.Tauris, 2004, 2004. ISBN 1860649203. с. 22.