CHLOROFIL: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, LOKALIZACJA, RODZAJE - BIOLOGIA - 2025

Chlorofilu jest pigment biologiczne, co wskazuje, że jest to cząsteczka zdolna do absorbowania światła. Ta cząsteczka absorbuje długość fali odpowiadającą kolorowi fioletowemu, niebieskiemu i czerwonemu i odbija światło koloru zielonego. Dlatego obecność chlorofilu odpowiada za zielony kolor roślin.

Jego struktura składa się z pierścienia porfirynowego ze środkiem magnezowym i hydrofobowym ogonem, zwanym fitolem. Konieczne jest podkreślenie strukturalnego podobieństwa chlorofilu z cząsteczką hemoglobiny.

Cząsteczka chlorofilu jest odpowiedzialna za zielony kolor roślin. Źródło: pixabay.com

Chlorofil znajduje się w tylakoidach, błoniastych strukturach znajdujących się wewnątrz chloroplastów. Chloroplasty są bogate w liście i inne struktury roślin.

Główną funkcją chlorofilu jest wychwytywanie światła, które będzie używane do napędzania reakcji fotosyntezy. Istnieją różne rodzaje chlorofilu - najczęściej jest to a - różniące się nieznacznie budową i szczytem absorpcji, aby zwiększyć ilość pochłanianego światła słonecznego.

Perspektywa historyczna

Badania nad cząsteczką chlorofilu sięgają 1818 roku, kiedy to po raz pierwszy opisali ją badacze Pelletier i Caventou, którzy ukuli nazwę „chlorofil”. Później, w 1838 roku, rozpoczęto badania chemiczne cząsteczki.

W 1851 roku Verdeil zaproponował strukturalne podobieństwa między chlorofilem i hemoglobiną. W tamtym czasie to podobieństwo było przesadzone i przypuszczano, że atom żelaza znajduje się również w środku cząsteczki chlorofilu. Później potwierdzono obecność magnezu jako atomu centralnego.

Różne rodzaje chlorofilu zostały odkryte w 1882 roku przez Borodina na podstawie dowodów dostarczonych przez mikroskop.

Pigmenty

Chlorofil obserwowany pod mikroskopem. Kristian Peters - Fabelfroh

Co to jest światło

Aby organizmy żywe fotosyntetyzowały zdolność wykorzystywania energii świetlnej, kluczową kwestią jest jej pochłanianie. Cząsteczki, które pełnią tę funkcję, nazywane są pigmentami i są obecne w roślinach i algach.

Aby lepiej zrozumieć te reakcje, konieczne jest poznanie pewnych aspektów związanych z naturą światła.

Światło definiuje się jako rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, formę energii. Promieniowanie to jest rozumiane jako fala i jako cząstka. Jedną z charakterystyk promieniowania elektromagnetycznego jest długość fali, wyrażona jako odległość między dwoma kolejnymi grzbietami.

Ludzkie oko może odbierać fale o długości od 400 do 710 nanometrów (nm = ^10-9 m). Krótkie fale są związane z większą ilością energii. Światło słoneczne obejmuje światło białe, które składa się ze wszystkich długości fal w widzialnej części.

Jeśli chodzi o naturę cząstki, fizycy opisują fotony jako dyskretne pakiety energii. Każda z tych cząstek ma charakterystyczną długość fali i poziom energii.

Kiedy foton uderza w obiekt, mogą się wydarzyć trzy rzeczy: zostać wchłoniętym, przesłanym lub odbitym.

Dlaczego chlorofil jest zielony?

Rośliny są postrzegane jako zielone, ponieważ chlorofil pochłania głównie fale niebieskie i czerwone i odbija kolor zielony. Nefronus

Nie wszystkie pigmenty zachowują się w ten sam sposób. Absorpcja światła to zjawisko, które może zachodzić przy różnych długościach fal, a każdy pigment ma określone spektrum absorpcji.

Pochłonięta długość fali określi kolor, w którym wizualizujemy pigment. Na przykład, jeśli pochłania światło na całej swojej długości, zobaczymy, że pigment jest całkowicie czarny. Te, które nie wchłaniają wszystkich długości, odbijają resztę.

W przypadku chlorofilu pochłania on fale o długości odpowiadającej kolorom fioletowym, niebieskim i czerwonym oraz odbija światło zielone. To pigment, który nadaje roślinom charakterystyczny zielony kolor.

Chlorofil nie jest jedynym naturalnym pigmentem

Chociaż chlorofil jest jednym z najlepiej znanych pigmentów, istnieją inne grupy pigmentów biologicznych, takich jak karotenoidy, które mają czerwonawy lub pomarańczowy odcień. Dlatego pochłaniają światło o innej długości fali niż chlorofil, służąc jako ekran transferu energii do chlorofilu.

Ponadto niektóre karotenoidy pełnią funkcje fotoochronne: pochłaniają i rozpraszają energię świetlną, która może uszkodzić chlorofil; lub reagują z tlenem i tworzą cząsteczki utleniające, które mogą uszkodzić struktury komórkowe.

Charakterystyka i struktura

Chlorofile to pigmenty biologiczne, które dla ludzkiego oka są postrzegane jako zielone i biorą udział w fotosyntezie. Znajdujemy je w roślinach i innych organizmach, które mają zdolność przekształcania energii świetlnej w energię chemiczną.

Chemicznie chlorofile to porfiryny magnezu. Są one dość podobne do cząsteczki hemoglobiny, odpowiedzialnej za transport tlenu we krwi. Obie cząsteczki różnią się jedynie typem i umiejscowieniem grup podstawnikowych w pierścieniu tetrapirolicznym.

Metalem pierścienia porfirynowego w hemoglobinie jest żelazo, natomiast w chlorofilu jest to magnez.

Łańcuch boczny chlorofilu jest naturalnie hydrofobowy lub niepolarny i składa się z czterech jednostek izoprenoidowych, zwanych fitolami. Jest to estryfikowane do grupy kwasu propionowego w pierścieniu numer cztery.

Jeśli chlorofil jest poddawany obróbce cieplnej, roztwór przyjmuje kwaśne pH, co prowadzi do eliminacji atomu magnezu ze środka pierścienia. Jeśli ogrzewanie będzie się utrzymywało lub roztwór jeszcze bardziej obniży swoje pH, fitol ulegnie hydrolizie.

Lokalizacja

Chlorofil jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych naturalnych pigmentów i występuje w różnych liniach życia fotosyntetycznego. W strukturze roślin znajdujemy go głównie w liściach i innych zielonych strukturach.

Jeśli przejdziemy do widoku mikroskopowego, chlorofil znajduje się w komórkach, szczególnie w chloroplastach. Z kolei wewnątrz chloroplastów znajdują się struktury utworzone przez podwójne błony zwane tylakoidami, które zawierają wewnątrz chlorofil - wraz z innymi ilościami lipidów i białek.

Tylakoidy to struktury przypominające kilka ułożonych w stos dysków lub monet, a ten bardzo zwarty układ jest absolutnie niezbędny do fotosyntetycznej funkcji cząsteczek chlorofilu.

W organizmach prokariotycznych, które przeprowadzają fotosyntezę, nie ma chloroplastów. Z tego powodu tylakoidy zawierające barwniki fotosyntezy są obserwowane jako część błony komórkowej, izolowana wewnątrz cytoplazmy komórki lub budują strukturę w błonie wewnętrznej - wzór obserwowany u sinic.

Rodzaje

Chlorofil a

Chlorofil a

Istnieje kilka rodzajów chlorofilów, które różnią się nieznacznie budową molekularną i rozmieszczeniem w liniach fotosyntetyzujących. Oznacza to, że niektóre organizmy zawierają pewne rodzaje chlorofilu, a inne nie.

Głównym rodzajem chlorofilu jest chlorofil a, aw linii roślin w pigmentie ładuje się bezpośrednio w procesie fotosyntezy i przekształca energię świetlną w chemiczną.

Chlorofil b

Chlorofil b

Drugim rodzajem chlorofilu jest b i występuje również w roślinach. Strukturalnie różni się od chlorofilu a, ponieważ ten ostatni ma grupę metylową przy atomie węgla 3 pierścienia nr II, a typ b zawiera grupę formylową w tej pozycji.

Uznawany jest za pigment pomocniczy i dzięki różnicom strukturalnym ma nieco inne spektrum absorpcji niż wariant a. W wyniku tej cechy różnią się kolorem: chlorofil a jest niebiesko-zielony, a b jest żółto-zielony.

Ideą tych różnicowych widm jest to, że obie cząsteczki uzupełniają się wzajemnie w absorpcji światła i potrafią zwiększyć ilość energii świetlnej, która dociera do układu fotosyntezy (tak, że spektrum absorpcji jest poszerzone).

Chlorofil c i d

Chlorofil d

Istnieje trzeci rodzaj chlorofilu c, który znajdujemy w brunatnicach, okrzemkach i bruzdnicach. W przypadku glonów cyjanofitowych występują one tylko typu chlorofil. Wreszcie chlorofil d znajduje się w niektórych organizmach protista, a także w cyjanobakteriach.

Chlorofil u bakterii

Istnieje wiele bakterii zdolnych do fotosyntezy. W organizmach tych występują chlorofile zwane łącznie bakteriochlorofilami i podobnie jak chlorofile eukariotów klasyfikuje się je według liter: a, b, c, d, e i g.

Historycznie rzecz biorąc, sądzono, że cząsteczka chlorofilu pojawiła się jako pierwsza w toku ewolucji. Dziś, dzięki analizie sekwencji, wysunięto przypuszczalnie, że rodowa cząsteczka chlorofilu była podobna do bakteriochlorofilu.

cechy

Cząsteczka chlorofilu jest kluczowym pierwiastkiem w organizmach fotosyntetyzujących, ponieważ odpowiada za pochłanianie światła.

W maszynie niezbędnej do przeprowadzenia fotosyntezy znajduje się komponent zwany fotosystemem. Są dwa, a każdy z nich składa się z „anteny” odpowiedzialnej za zbieranie światła i centrum reakcji, w którym znajduje się chlorofil.

Fotoukłady różnią się głównie pikiem absorpcji cząsteczki chlorofilu: fotosystem I ma pik przy 700 nm, a II przy 680 nm.

W ten sposób chlorofil spełnia swoją rolę w wychwytywaniu światła, które dzięki złożonej baterii enzymatycznej zostanie przekształcone w energię chemiczną zmagazynowaną w cząsteczkach takich jak węglowodany.

Bibliografia

1. Beck, CB (2010). Wprowadzenie do budowy i rozwoju roślin: anatomia roślin w XXI wieku. Cambridge University Press.
2. Berg, JM, Stryer, L. i Tymoczko, JL (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
3. Blankenship, RE (2010). Wczesna ewolucja fotosyntezy. Plant Physiology, 154 (2), 434–438.
4. Campbell, NA (2001). Biologia: pojęcia i relacje. Edukacja Pearson.
5. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
6. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
7. Hohmann-Marriott, MF i Blankenship, RE (2011). Ewolucja fotosyntezy. Annual review of plant biology, 62, 515-548.
8. Humphrey, AM (1980). Chlorofil. Food Chemistry, 5 (1), 57–67. doi: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
9. Koolman, J. i Röhm, KH (2005). Biochemia: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
10. Lockhart, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). Ewolucja chlorofilu i bakteriochlorofilu: problem niezmiennych miejsc w analizie sekwencji. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 93 (5), 1930–1934. doi: 10,1073 / pnas 93.5.1930
11. Palade, GE i Rosen, WG (1986). Biologia komórki: podstawowe badania i zastosowania. National Academies.
12. Posada, JOS (2005). Fundamenty pod zakładanie pastwisk i upraw paszowych. Uniwersytet Antioquia.
13. Raven, PH, Evert, RF i Eichhorn, SE (1992). Biologia roślin (tom 2). Odwróciłem się.
14. Sadava, D. i Purves, WH (2009). Życie: nauka biologii. Panamerican Medical Ed.
15. Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF i Martin, WF (2013). Ewolucja genów biosyntezy chlorofilu wskazuje na duplikację genów fotosystemów, a nie ich łączenie, co jest początkiem fotosyntezy tlenowej. Biologia i ewolucja genomu, 5 (1), 200–216. doi: 10.1093 / gbe / evs127
16. Taiz, L. i Zeiger, E. (2007). Fizjologia roślin. Uniwersytet Jaume I.
17. Xiong J. (2006). Fotosynteza: jaki kolor był jej źródłem? Biologia genomu, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245