Хлорофилл
Хлорофи́лл (от греч. χλωρός , «зелёный» и φύλλον , «лист») — зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет. При его участии происходит фотосинтез. По химическому строению хлорофиллы — магниевые комплексы различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и близки гему.
Хлорофилл зарегистрирован в качестве пищевой добавки E140.
История открытия
В 1817 году Жозеф Бьенеме Каванту и Пьер Жозеф Пеллетье выделили из листьев растений зелёный пигмент, который они назвали хлорофиллом. В 1900-х годах Михаил Цвет и Рихард Вильштеттер независимо обнаружили, что хлорофилл состоит из нескольких компонентов. Вильтштеттер очистил и кристаллизовал два компонента хлорофилла, названные им хлорофиллами а и b и установил брутто-формулу хлорофилла а. В 1915 году за исследования хлорофилла ему была вручена Нобелевская премия. В 1940 Ханс Фишер, получивший в 1930 Нобелевскую премию за открытие структуры гема, установил химическую структуру хлорофилла a. Его синтез был впервые осуществлен в 1960 Робертом Вудвордом, а в 1967 была окончательно установлена его стереохимическая структура.
В природе
Хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах — высших растениях, водорослях, сине-зелёных водорослях (цианобактериях), фотоавтотрофных простейших (протистах) и бактериях.
Некоторые высшие растения, наоборот, лишены хлорофилла (как, например, петров крест).
Синтез
Синтезирован Робертом Вудвордом в 1960 году.
Синтез включает в себя 15 реакций, которые можно разделить на 3 этапа. Исходными веществами для синтеза хлорофилла являются глицин и ацетат. На первом этапе образуется аминолевулиновая кислота. На втором этапе происходит синтез одной молекулы протопорфирина из четырёх пиррольных колец. Третий этап представляет собой образование и превращение магнийпорфиринов.
Свойства и функция при фотосинтезе
В процессе фотосинтеза молекула хлорофилла претерпевает изменения, поглощая световую энергию, которая затем используется в фотохимической реакции взаимодействия углекислого газа и воды с образованием органических веществ (как правило, углеводов):
После передачи поглощенной энергии молекула хлорофилла возвращается в исходное состояние.
Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм (где находится и максимум чувствительности глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий, частично — красный свет из солнечного спектра (чем и обуславливается зелёный цвет отражённого света).
Растения могут использовать и свет с теми длинами волн, которые слабо поглощаются хлорофиллом. Энергию фотонов при этом улавливают другие фотосинтетические пигменты, которые затем передают энергию хлорофиллу. Этим объясняется разнообразие окраски растений (и других фотосинтезирующих организмов) и её зависимость от спектрального состава падающего света.
Химическая структура
Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — порфирина с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерифицированными). Так, хлорофилл a имеет карбоксиметиловую группу при C10, фитоловый эфир пропионовой кислоты — при С7. Удаление магния, легко достигаемое мягкой кислотной обработкой, дает продукт, известный как феофитин. Гидролиз фитоловой эфирной связи хлорофилла приводит к образованию хлорофиллида (хлорофиллид, лишенный атома металла, известен как феофорбид a).
Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения состава пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в соляной кислоте, в частности для определения наличия или отсутствия этерифицированных спиртов. Хлороводородное число определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объёма эфирного раствора пигмента экстрагируется 2 /3 общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объём 30%-го раствора KOH в MeOH. В интерфазе должно образовываться окрашенное кольцо. С помощью тонкослойной хроматографии можно быстро определять хлорофиллы в сырых экстрактах.
Хлорофиллы неустойчивы на свету; они могут окисляться до алломерных хлорофиллов на воздухе в метанольном или этанольном растворе.
Хлорофиллы образуют комплексы с белками in vivo и могут быть выделены в таком виде. В составе комплексов их спектры поглощения значительно отличаются от спектров свободных хлорофиллов в органических растворителях.
Хлорофиллы можно получить в виде кристаллов. Добавление H2O или Ca 2+ к органическому растворителю способствует кристаллизации.
Источник
Почему растения зелёные?
Растения содержат большое количество пигментов – хлорофиллов, их наличие определяет способность организм питаться автотрофно. Растения поглощают видимое излучение, которое разбивается на спектры (процесс разделения света на спектры мы можем наблюдать, когда на небе появляется радуга). При этом не все цвета спектра поглощаются одинаково, основной пигмент всех растений – хлорофилл а (хлорофиллы отличаются друг от друга химическим строением и способностью поглощать излучение с разной длинной волны, кроме того хлорофилл а непосредственно участвует в фотосинтезе, а другие пигменты являются вспомогательными) практически полностью поглощает красное и синие излучение, однако слабо поглощает оранжевое и желтое, тогда как зелёное вовсе отражает. Именно из-за отражения зелёных волн растениями они могут попасть к нам на сетчатку, и мы воспринимаем растения зелеными.
Почему растения зелёные?
максимумы поглощения хлорофилла а
Почему осенью листья меняют свой цвет?
Активно поглощать только красное и синее излучение – большое расточительство для растения, поэтому кроме хлорофилла, содержащегося в основном в специальных органоидах – хлоропластах есть еще и дополнительные пигменты, у большинства высших растений это каротиноиды (оранжевого, красного и желтого цвета), они поглощают голубой, синий и фиолетовый цвета спектра, но отражают красный, оранжевый и желтый цвет поэтому и имеют соответствующие цвета.
Эти пигменты могут улавливать энергию солнечного света, но не могут её использовать, поэтому передают основному пигменту – хлорофиллу а. Кроме того, они защищают хлорофилл от фотоокисления (разрушения под действием света). Их количество намного меньше количества зелёного пигмента, поэтому летом они маскируются хлорофиллом.
Каротиноиды более устойчивы к неблагоприятным условиям: низкой освещённости, недостатку воды и других веществ, а также к похолоданию, чем зелёные пигменты, поэтому осенью происходит разрушение хлорофилла, а каротиноиды становятся видны глазу.
Окраска бурых водорослей
Бурые водоросли способны обитать немного глубже, чем зелёные, однако, длинноволновое красное излучение практически полностью поглощается уже на глубине всего 34м. В таких условиях невозможно использовать только хлорофилл а, поэтому бурые водоросли имеют дополнительных хлорофилл с и настолько большое количество каротиноидов, что они маскируют зеленый цвет хлорофилла. Особенно важен для них фукоксантин, поглощающий желтый, зелёный и голубой цвет видимого излучения, являющиеся коротковолновыми и обладающие большей энергией, а значит и способные проникать гораздо глубже длинноволнового красного излечения.
Окраска красных водорослей
Она обусловлена жизнью этих растений на значительных глубинах (более 200м), куда не проникает красное длинноволновое излучение, но может проникнуть желтое (до 177м), зелёное (до 322м), синее и фиолетовое (до 500). В их клетках преобладают светособирающие пигменты – фикоцианин синего цвета и фикоэритрин красного цвета, и каротиноиды. Такое сочетание максимально улавливает весь доступные на глубине свет и делает фотосинтез в данных условиях наиболее продуктивным.
Источник
Почему растения зелёные?
Растения содержат большое количество пигментов – хлорофиллов, их наличие определяет способность организм питаться автотрофно. Растения поглощают видимое излучение, которое разбивается на спектры (процесс разделения света на спектры мы можем наблюдать, когда на небе появляется радуга). При этом не все цвета спектра поглощаются одинаково, основной пигмент всех растений – хлорофилл а (хлорофиллы отличаются друг от друга химическим строением и способностью поглощать излучение с разной длинной волны, кроме того хлорофилл а непосредственно участвует в фотосинтезе, а другие пигменты являются вспомогательными) практически полностью поглощает красное и синие излучение, однако слабо поглощает оранжевое и желтое, тогда как зелёное вовсе отражает. Именно из-за отражения зелёных волн растениями они могут попасть к нам на сетчатку, и мы воспринимаем растения зелеными.
Почему растения зелёные?
максимумы поглощения хлорофилла а
Почему осенью листья меняют свой цвет?
Активно поглощать только красное и синее излучение – большое расточительство для растения, поэтому кроме хлорофилла, содержащегося в основном в специальных органоидах – хлоропластах есть еще и дополнительные пигменты, у большинства высших растений это каротиноиды (оранжевого, красного и желтого цвета), они поглощают голубой, синий и фиолетовый цвета спектра, но отражают красный, оранжевый и желтый цвет поэтому и имеют соответствующие цвета.
Эти пигменты могут улавливать энергию солнечного света, но не могут её использовать, поэтому передают основному пигменту – хлорофиллу а. Кроме того, они защищают хлорофилл от фотоокисления (разрушения под действием света). Их количество намного меньше количества зелёного пигмента, поэтому летом они маскируются хлорофиллом.
Каротиноиды более устойчивы к неблагоприятным условиям: низкой освещённости, недостатку воды и других веществ, а также к похолоданию, чем зелёные пигменты, поэтому осенью происходит разрушение хлорофилла, а каротиноиды становятся видны глазу.
Окраска бурых водорослей
Бурые водоросли способны обитать немного глубже, чем зелёные, однако, длинноволновое красное излучение практически полностью поглощается уже на глубине всего 34м. В таких условиях невозможно использовать только хлорофилл а, поэтому бурые водоросли имеют дополнительных хлорофилл с и настолько большое количество каротиноидов, что они маскируют зеленый цвет хлорофилла. Особенно важен для них фукоксантин, поглощающий желтый, зелёный и голубой цвет видимого излучения, являющиеся коротковолновыми и обладающие большей энергией, а значит и способные проникать гораздо глубже длинноволнового красного излечения.
Окраска красных водорослей
Она обусловлена жизнью этих растений на значительных глубинах (более 200м), куда не проникает красное длинноволновое излучение, но может проникнуть желтое (до 177м), зелёное (до 322м), синее и фиолетовое (до 500). В их клетках преобладают светособирающие пигменты – фикоцианин синего цвета и фикоэритрин красного цвета, и каротиноиды. Такое сочетание максимально улавливает весь доступные на глубине свет и делает фотосинтез в данных условиях наиболее продуктивным.
Источник