Какая часть молекулы хлорофилла является ответственной за его зеленую окраску
Обновлено: 28.06.2024
Хлорофи́лл (от греч. chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, т. е. превращают солнечную энергию в энергию химических связей органических соединений. Содержится и в фотосинтезирующих организмах других видов — водорослях и бактериях. С точки зрения химического строения хлорофилл неоднороден. Существуют различные типы хлорофиллов. Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение — порфирин, содержащий центральный атом Mg и многоатомный гидрофобный спиртовый остаток.
ХЛОРОФИ́ЛЛ, (от греческого chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. В высших растениях и водорослях хлорофилл локализован в особых клеточных структурах — хлоропластaх и связан с белками и липидами этих структур. Хлоропласты высших растений и зеленых водорослей содержат два типа хлорофиллов, близких по структуре молекул, — хлорофиллы a и b.
Другие фотосинтезирующие водоросли и фотосинтезирующие бактерии имеют иной набор пигментов. Например, бурые и диатомовые водоросли, криптомонады и динофлагелляты содержат хлорофиллы a и c, красные водоросли — хлорофиллы а и d. Следует отметить, что реальность существования хлорофилла d в красных водорослях оспаривается некоторыми исследователями, которые полагают, что он является продуктом деградации хлорофилла а. В настоящее время достоверно установлено, что хлорофилл d — основной пигмент некоторых фотосинтезирующих прокариотов. Среди прокариотов цианобактерии (сине-зеленые водоросли) содержат только хлорофилл a, прохлорофитные бактерии — хлорофиллы a, b или c. Другие бактерии содержат аналоги хлорофилла — бактериохлорофиллы, которые локализованы в хлоросомах и хроматофорах. Известны бактериохлорофиллы а, b, c, d, e и g. Основу молекулы всех хлорофиллов составляет магниевый комплекс порфиринового макроцикла (см. Порфирины), к которому присоединен высокомолекулярный спирт, обладающий гидрофобными свойствами, который придает хлорофиллам способность встраиваться в липидный слой фотосинтетических мембран. Главная роль в улавливании и трансформации солнечной энергии в биосфере принадлежит хлорофиллу a.
Физико-химические свойства
Mолекулярный вес хлорофилла a 893, 52. В изолированном состоянии хлорофилл образует черно-голубые микрокристаллы, которые плавятся с образованием жидкости при 117-120°С. Хлорофилл а легко растворяется в диэтиловом эфире, этаноле, ацетоне, хлороформе, бензоле, пиридине. Растворы хлорофилла а имеют сине-зеленую окраску и обладают сильной красной флуоресценцией. Главные максимумы спектра поглощения разбавленных растворов хлорофилла а в диэтиловом эфире — 429 и 660 нм. По химической струкутре хлорофилл а относится к хлоринам (дигидропорфиринам), так как одно из его пиррольных колец (кольцо IV) гидрировано по С17-С18 связи. В IV пиррольном кольце к остатку пропионовой кислоты присоединен высокомолекулярный спирт фитол. Некоторые растения, вместо или наряду с хлорофиллом a, синтезируют его аналог, в котором этильная группа (—CH2—CH3) во II пиррольном кольце замещена винильной группой (—CH=CH2). Молекула такого хлорофилла имеет две винильных группы, одну в кольце I, другую — в кольце II.
Хлорофилл b отличается от хлорофилла a тем, что боковым заместителем у углеродного атома C3 во II пиррольном кольце вместо метильной является альдегидная группа —Н—С=О. В молекуле хлорофилла с пиррольные кольца не гидрированы, т. е. этот пигмент является классическим порфирином. Хлорофилл d и бактериохлорофидды c, d, e и g также относятся к группе хлоринов, а бактериохлорофиллы а и b-группе бактериохлоринов (тетрагидропорфиринам), так как в их молекулах II и IV пиррольные кольца гидрированы по С7-С8 и С17-С18 связям. Указанные хлорофиллы различаются также структурой боковых заместителей и высокоатомного спирта, присоединенного к тетрапиррольному макроциклу.
По химической структуре хлорофиллы родственны природным комплексам порфиринов, содержащим железо цитохромам, красящему веществу крови — гему, а также простетическим группам некоторых ферментов — пероксидаз и каталазы.
Исторический очерк
Возможность экстракции зеленых пигментов листьев спиртом была известна уже французскому ученому Ж. Сенебье в 1782-1800 гг. В 1817 г. французские химики П. Пельтье и Ж. Кованту назвали зеленый спиртовый раствор смеси растительных пигментов хлорофиллом. Экспериментальные доказательства того, что поглощенный хлорофиллом свет приводит к фотосинтезу, были получены в параллельных исследованиях российского ученого К. А. Тимирязева и немецкого ученого Н. Мюллера в 1872-1876 гг. Это представление стало общепринятым после работ немецкого ученого Рейнке (1884-1885 гг.). Многие исследователи пытались найти способы очистки зеленых пигментов и определения их химической структуры. В частности, российский ботаник И. П. Бородин в 1882 описал получение производного хлорофилла — кристаллического этилхлорофиллида при действии этанола на листья. Эти исследования были подтверждены и продолжены российским исследователем Н. А. Монтеверде в 1893. Задача выделения чистых зеленых пигментов была решена в 1906-1908 гг. российским ученым М. С. Цветом с помощью разработанного им хроматографического метода. Цвет показал, что зеленый пигмент растений является смесью двух пигментов, названных позже хлорофиллами а и b.
Химическую структуру хлорофилла а выяснили немецкие ученые Р. Вильштеттер, А. Штоль (1913) и Х. Фишер (1940). Фишер начал работы по химическому синтезу хлорофилла, а полный синтез хлорофилла был выполнен американским химиком Р. Вудвордом в 1960.
Биосинтез
Биосинтез хлорофилла осуществляется в полиферментных комплексах (так называемых центрах биосинтеза), локализованных, вероятно, в строме хлоропластов. Основной путь биосинтеза хлорофилла определяется конденсацией двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты с образованием порфириногена — производного пиррола, который в результате ряда ферментативных превращений дает соединение, содержащее порфириновое ядро — протопорфирин IX. Из протопорфирина образуется содержащий атом магния протохлорофиллид, являющийся непосредственным предшественником хлорофилла. Путем последующих реакций восстановления и присоединения фитола из протохлорофиллида образуется хлорофилл. Стадия восстановления предшественника осуществляется у высших растений на свету, причем включает две последовательные фотохимические реакции, у низших растений — в темноте. Показано, что существуют два параллельных пути биосинтеза хлорофилла, приводящие к образованию моновинил- и дивинилхлорофиллов a.
Состояние и функция в хлоропластах
Общее содержание хлорофилла в хлоропластах обычно составляет около5% на сухую массу. Более 99% хлорофилла находится в составе светособирающих пигмент-белковых комплексов, которые выполняют функцию антенны, т. е. поглощают солнечную энергию или акцептируют ее от вспомогательных пигментов — каротиноидов или фикобилинов, а затем транспортируют к реакционным центрам (см. Фотосинтез). Менее 1% хлорофилла находится в составе реакционных центров, которые осуществляют запуск цепи фотосинтетического транспорта электронов. У высших растений и водорослей существуют два типа реакционных центров, соответствующих двум фотосистемам хлоропластов (фотосистемы I и фотосистемы II). Реакционные центры ФС I содержат только хлорофилл а, реакционные центры ФС II — хлорофилл а и его безмагниевый аналог — феофитин. Хлорофиллы в и с не входят в состав реакционных центров, выполняя функцию светособирающих антенн. Спектральный анализ показывает, что состояние хлорофилла в фотосинтетическом аппарате существенно отличается от состояния изолированного хлорофилла в растворах из-за пигмент-пигментных и пигмент-белковых взаимодействий. Например, хлорофилл a образует в фотосинтетическом аппарате не менее 10 различных спектральных форм.
Поглощая квант света, изолированная молекула хлорофилла переходит в возбужденное синглетное состояние (время жизни около 5 нс) и затем дезактивируется с испусканием кванта флуоресценции (квантовый выход — 20-40%) или заселением долгоживущего (время жизни 1-3 мс) триплетного состояния (квантовый выход — 40-60%). Возбужденные светом молекулы хлорофилла способны переносить электрон от молекулы донора на молекулу акцептора. В растворах хлорофилла этот процесс происходит, главным образом, за счет активности триплетного состояния, так как время жизни и концентрация триплетных молекул в растворах значительно больше, чем синглетных. В фотосинтетическом аппарате за счет наличия организованной структуры энергия возбуждения хлорофилла антенны эффективно захватывается хлорофиллом реакционных центров. Первичными акцепторами возбуждения служат пигменты P680 в реакционных центрах ФС II и P700 — в реакционных центрах ФС I, которые, по-видимому, являются специально организованными димерами хлорофилла. Возбужденные молекулы этих димеров отдают электрон соответствующим акцепторам, включенным в структуру реакционных центров, и тем самым запускают процесс фотосинтетического транспорта электрона. Скорость захвата энергии возбуждения хлорофиллом реакционных центров и ее трансформации в энергию разделенных зарядов очень велика, и поэтому завершается за очень короткое время — 10-50 пс. Вследствие этого разделение зарядов осуществляется синглетно-возбужденными молекулами хлорофилла, а образование триплетных состояний, как значительно более медленный процесс, подавлено примерно на 2 порядка величины. Однако триплетные молекулы хлорофилла образуются в результате обратной рекомбинации разделенных зарядов в реакционных центрах при их перегрузке, т. е. при отсутствии достаточно быстрого оттока электронов из реакционных центров в электрон-транспортную цепь. Кроме хлорофилла антенны и реакционных центров, существует также свободный хлорофилл, который не включен в процессы фотосинтетического транспорта энергии и заряда и эффективно образует триплетное состояние при фотовозбуждении. Концентрация этого хлорофилла составляет несколько десятых долей процента.
В результате запускаемого хлорофиллом электронного транспорта высшие растения, водоросли, цианобактерии и прохлорофитные бактерии осуществляют фоторазложение воды с выделением в атмосферу газообразного кислорода, образование АТФ и фиксацию СО 2 с образованием углеводов. Таким образом свет, поглощенный хлорофиллом, преобразуется в потенциальную химическую энергию органических продуктов фотосинтеза и молекулярного кислорода.
Применение
Производные хлорофилла используются в медицине и ветеринарии для фотодинамической терапии рака. Эффект основан на том, что при введении этих соединений в кровь больных раком людей или животных пигменты в большей степени накапливаются в раковых опухолях, чем в окружающих тканях. При освещении в аэробных условиях пигменты передают энергию кислороду, переводя его в возбужденное синглетное состояние. Синглетный кислород, обладая высокой реакционной способностью, разрушает липидные и белковые компоненты раковых клеток, приводя к их уничтожению. Описано бактерицидное и антиоксидантное действие хлорофилла, а также применение хлорофилла для окраски мыла, масел, жиров, кремов, алкогольных и безалкогольных напитков, косметики, одеколона, духов, в качестве дезодоранта и в других целях.
В хлорофилл это биологический пигмент, который указывает на то, что это молекула, способная поглощать свет. Эта молекула поглощает волны с длиной волны, соответствующей фиолетовому, синему и красному цветам, и отражает свет зеленого цвета. Следовательно, присутствие хлорофилла отвечает за зеленый цвет растений.
Его структура состоит из порфиринового кольца с магниевым центром и гидрофобного хвоста, называемого фитолом. Необходимо отметить структурное сходство хлорофилла с молекулой гемоглобина.
Хлорофилл находится в тилакоидах, мембранных структурах, которые находятся внутри хлоропластов. Хлоропластов много в листьях и других структурах растений.
Основная функция хлорофилла - улавливать свет, который будет использоваться для фотосинтетических реакций. Существуют разные типы хлорофилла, наиболее распространенным из которых является чтобы - которые немного различаются по своей структуре и пику поглощения, чтобы увеличить количество поглощаемого солнечного света.
Историческая перспектива
В 1851 году Вердей предложил структурное сходство между хлорофиллом и гемоглобином. В то время это сходство было преувеличенным и предполагалось, что атом железа также находится в центре молекулы хлорофилла. Позже было подтверждено присутствие магния в качестве центрального атома.
Различные типы хлорофилла были открыты в 1882 году Бородиным с использованием данных, полученных под микроскопом.
Пигменты
Что такое свет
Ключевым моментом для фотосинтезирующих живых организмов, чтобы иметь возможность использовать световую энергию, является ее поглощение. Молекулы, выполняющие эту функцию, называются пигменты и они присутствуют в растениях и водорослях.
Чтобы лучше понять эти реакции, необходимо знать некоторые аспекты, связанные с природой света.
Свет определяется как тип электромагнитного излучения, форма энергии. Это излучение понимается как волна и как частица. Одна из характеристик электромагнитного излучения - длина волны, выраженная как расстояние между двумя последовательными гребнями.
Человеческий глаз может воспринимать длину волны от 400 до 710 нанометров (нм = 10 -9 м). Короткие волны связаны с большим количеством энергии. Солнечный свет включает белый свет, который состоит из всех длин волн в видимой части.
Что касается природы частицы, физики описывают фотоны как дискретные пакеты энергии. Каждая из этих частиц имеет характерную длину волны и уровень энергии.
Когда фотон попадает в объект, могут произойти три вещи: он поглощается, проходит или отражается.
Почему хлорофилл зеленый?
Не все пигменты ведут себя одинаково. Поглощение света - это явление, которое может происходить на разных длинах волн, и каждый пигмент имеет свой спектр поглощения.
Поглощенная длина волны будет определять цвет, в котором мы будем визуализировать пигмент. Например, если он поглощает свет на всей своей длине, мы увидим пигмент полностью черным. Те, что не впитывают всю длину, отражают остальное.
В случае хлорофилла он поглощает волны с длиной волны, соответствующей фиолетовому, синему и красному цветам, и отражает зеленый свет. Это пигмент, придающий растениям характерный зеленый цвет.
Хлорофилл - не единственный пигмент в природе
Хотя хлорофилл является одним из наиболее известных пигментов, существуют и другие группы биологических пигментов, таких как каротиноиды, которые имеют красноватый или оранжевый оттенок. Следовательно, они поглощают свет с длиной волны, отличной от длины волны хлорофилла, и служат экраном для передачи энергии хлорофиллу.
Кроме того, некоторые каротиноиды обладают фотозащитными функциями: они поглощают и рассеивают световую энергию, которая может повредить хлорофилл; или реагируют с кислородом и образуют окислительные молекулы, которые могут повредить клеточные структуры.
Характеристики и состав
Хлорофиллы - это биологические пигменты, которые человеческий глаз воспринимает как зеленые и которые участвуют в фотосинтезе. Мы находим их в растениях и других организмах, обладающих способностью преобразовывать энергию света в химическую энергию.
По химическому составу хлорофиллы представляют собой порфирины магния. Они очень похожи на молекулу гемоглобина, отвечающую за перенос кислорода в нашей крови. Обе молекулы различаются только типами и расположением групп заместителей в тетрапиррольном кольце.
Металлом порфиринового кольца в гемоглобине является железо, а в хлорофилле - магний.
Боковая цепь хлорофилла по своей природе гидрофобна или неполярна и состоит из четырех изопреноидных единиц, называемых фитолом. Он этерифицирован с группой пропионовой кислоты в четвертом кольце.
Если хлорофилл подвергается тепловой обработке, раствор приобретает кислый pH, что приводит к удалению атома магния из центра кольца. Если нагрев продолжается или раствор еще больше снижает pH, фитол в конечном итоге гидролизуется.
Место расположения
Хлорофилл - один из наиболее широко распространенных природных пигментов, и мы находим его в различных линиях фотосинтетической жизни. В структуре растений мы находим его главным образом в листьях и других зеленых структурах.
Если перейти к микроскопическому обзору, хлорофилл находится внутри клеток, особенно в хлоропластах. В свою очередь, внутри хлоропластов есть структуры, образованные двойными мембранами, называемыми тилакоидами, которые содержат внутри хлорофилл, а также другие количества липидов и белков.
Тилакоиды - это структуры, которые напоминают несколько сложенных друг на друга дисков или монет, и это очень компактное расположение абсолютно необходимо для фотосинтетической функции молекул хлорофилла.
В прокариотических организмах, осуществляющих фотосинтез, нет хлоропластов. По этой причине тилакоиды, содержащие фотосинтетические пигменты, наблюдаются как часть клеточной мембраны, изолированной внутри цитоплазмы клетки, или они создают структуру во внутренней мембране - закономерность, наблюдаемая у цианобактерий.
Типы
Хлорофилл а
Существует несколько типов хлорофиллов, которые немного различаются по молекулярной структуре и их распределению в фотосинтетических линиях. То есть некоторые организмы содержат определенные типы хлорофилла, а другие нет.
Основной тип хлорофилла называется хлорофиллом А, и в линии растений пигмент заряжается непосредственно в процессе фотосинтеза и превращает световую энергию в химическую.
Хлорофилл b
Второй тип хлорофилла - это b, он также присутствует в растениях. Структурно он отличается от хлорофилла а, поскольку последний имеет метильную группу при углероде 3 кольца с номером II, а тип b содержит формильную группу в этом положении.
Он считается дополнительным пигментом, и благодаря структурным различиям они имеют немного другой спектр поглощения, чем вариант а. В результате этого свойства они различаются по цвету: хлорофилл a сине-зеленый, а b желто-зеленый.
Идея этих дифференциальных спектров состоит в том, что обе молекулы дополняют друг друга в поглощении света и могут увеличить количество световой энергии, которая поступает в фотосинтетическую систему (так что спектр поглощения расширяется).
Хлорофилл c и d
Существует третий тип хлорофилла, c, который мы находим в бурых водорослях, диатомовых водорослях и динофлагеллятах. В случае цианофитных водорослей они обладают только хлорофиллом типа А. Наконец, хлорофилл d содержится в некоторых протистических организмах, а также в цианобактериях.
Хлорофилл в бактериях
Есть ряд бактерий, способных к фотосинтезу. В этих организмах есть хлорофиллы, вместе называемые бактериохлорофиллами, и, как и хлорофиллы эукариот, они классифицируются по буквам: a, b, c, d, e и g.
Исторически использовалась идея, что молекула хлорофилла появилась первой в ходе эволюции. Сегодня, благодаря анализу последовательности, было высказано предположение, что предковая молекула хлорофилла, вероятно, была похожа на бактериохлорофилл.
Характеристики
Молекула хлорофилла является важным элементом фотосинтезирующих организмов, поскольку отвечает за поглощение света.
Фотосистемы различаются в основном пиком поглощения молекулы хлорофилла: фотосистема I имеет пик при 700 нм, а фотосистема II - при 680 нм.
Таким образом, хлорофилл выполняет свою роль в улавливании света, который благодаря сложной ферментативной батарее будет преобразован в химическую энергию, хранящуюся в таких молекулах, как углеводы.
Хлорофилл является молекула производится растениями, водоросли и цианобактерии, которые помогают в преобразовании световой энергии в химические связи. Хлорофилл известен как пигмент или молекула, которая отражает одни волны света, а другие поглощает. Пигменты производят различные цвета в растение и животный мир. Хлорофилл – это зеленый пигмент, который отвечает за зеленый цвет растений и водорослей.
У растений есть две специфические формы хлорофилла: хлорофилл а и хлорофилл б. Каждая форма хлорофилла поглощает слегка различную длину волны света. Как видно на графике ниже, хлорофилл а поглощает темно-синие и темно-красные волны. Хлорофилл В поглощает голубую длину волны и красновато-оранжевую длину волны. Растения имеют обе формы хлорофилла, что позволяет им поглощать большинство длин волн синего цвета и большинство длин волн красного цвета. Большой провал в середине графика вблизи зеленых длин волн обусловлен отражением хлорофилла, а не поглощением зеленого света.
Функции хлорофилла
Хлорофилл в биосинтезе сахаров
Растения используют обе формы хлорофилла для сбора энергии от света. Хлорофилл концентрируется в тилакоидных мембранах хлоропластов. Хлоропласты являются органеллами, в которых фотосинтез происходит. Тилакоиды представляют собой небольшие мешочки мембраны, уложенные друг на друга. В эти мембраны встроены различные белки, которые окружают хлорофилл. Эти белки работают вместе, передавая энергию от света через хлорофилл и в связи АТФ – молекулы, передающей энергию клеткам. АТФ затем может быть использован в Цикл Кальвина или темный цикл, чтобы создать сахара.
Ряд белков, которые передают энергию от света и направляют ее в синтез сахаров, известны как фотосистемы. Весь процесс, как светлые, так и темные циклы вместе, известен как фотосинтез и происходит у растений, водорослей и некоторых бактерии, Эти организмы поглощают углекислый газ (CO2), воду (H2O) и солнечный свет для производства глюкозы. Они могут использовать эту глюкозу в процессе клеточное дыхание чтобы создать АТФ, или они могут объединить глюкозу в более сложные молекулы для хранения.
Хлорофилл в производстве кислорода
Побочным продуктом фотосинтеза является кислород. Растения могут использовать этот кислород для клеточного дыхания, но они также выделяют избыток кислорода в воздух. Этот кислород позволяет многим не-растениям также дышать, поддерживая жизнь на Земле. Кислород вырабатывается в первой части светового цикла фотосинтеза. Растения расщепляют молекулы воды с образованием электронов, ионов водорода и двухатомного кислорода (O2). Электроны снабжают цепь переноса электронов что стимулирует производство АТФ. Кислород выпускается в воздух. Таким образом вырабатывается весь кислород, которым мы дышим.
Преимущества хлорофилла
Из-за хлорофилла возможна вся жизнь на Земле. Первым преимуществом хлорофилла является сахар, получаемый в процессе АТФ, который стимулируется хлорофиллом. Растения, как первичные производители, производят основу пищевой цепи. Все другие организмы в пищевой цепи зависят от сахара, который растения создают для поддержания жизни. Хотя главные хищники в пищевой цепи никогда не могут есть одно растение, они наверняка питаются травоядными. Эти травоядные только едят растения, а также растут и создают мускул переваривая и используя питательные вещества для растений. Накопление этих питательных веществ в природе было бы невозможно без хлорофилла. Вторым преимуществом, реализуемым всеми организмами, является кислород. Хотя хлорофилл не производит непосредственно кислород, хлорофилл и комплекс белков, он связан с переносом электронов в молекулы, такие как АТФ и NADPH, который может удерживать энергию в связях. Потребность в электронах для управления этим процессом приводит к расщеплению молекул воды и образованию кислорода. Этот кислород выделяется в атмосферу. Растения, водоросли и цианобактерии производят весь кислород в атмосфере. Все другие животные и большинство растений нуждаются в этом кислороде, чтобы выжить.
- фотосистемы – Ряд белков и пигментов, которые передают энергию коэнзимам, таким как NADPH и ATP, которые обеспечивают энергию для многих клеточных реакций.
- Пигмент – Молекулы, которые отражают одни волны света, а другие поглощают.
- тилакоидов – Ряд мембранных мешочков, присутствующих в хлоропластах, которые содержат фотосистемы и другие белки, участвующие в световых реакциях.
- хлоропластов – Органеллы, отвечающие за фотосинтез.
викторина
1. Ученые из НАСА пытаются выращивать овощи в космосе. У них есть огни для выращивания овощей, которые бывают разных длин волн. Какие длины волн света следует использовать для выращивания овощей?A. 400-500 нмB. 500-600 нмC. 700-800 нм
Ответ на вопрос № 1
верно. Чтобы ответить на этот вопрос, обратитесь к первой картинке в статье. Поглощение или количество света, которое поглощает каждая длина волны, показано разноцветными линиями. Высокая абсорбция означает, что пигмент может передавать энергию с этой длины волны. Область 500-600 нм имеет очень низкое поглощение, а длина волны 700-800 нм выше диапазона, на который реагирует хлорофилл. Следовательно, диапазон 400-500 нм имеет наибольшую оптическую плотность. Овощи в этом диапазоне смогут использовать энергию, излучаемую светом.
2. Облака в атмосфере могут фильтровать свет с определенной длиной волны. В солнечные дни больше красного света попадает на поверхность Земли. В пасмурные дни больше синего света. Почему растениям важно иметь хлорофилл а и хлорофилл b?A. Оба необходимы для совместной работы по производству сахара.B. В определенные дни, различные длины волн могут обеспечить энергию.C. Растения содержат оба случайно.
Ответ на вопрос № 2
В верно. Переменное количество света, присутствующего на поверхности Земли, требует, чтобы растения имели пигменты, которые могут работать с различными качествами света. Если бы у растений была только одна или другая версия хлорофилла, они не могли бы функционировать в определенные дни и погибали бы. Обе версии хлорофилла позволяют им использовать различные среды и условия.
3. Растения содержат другие пигменты помимо хлорофилла, два из которых – ксантофилл и каротин. Эти пигменты отражают не зеленый, а красный и желтый. У растений, которые теряют свои листья осенью, листья становятся зелеными до красных, желтыми и коричневыми осенью. Если ксантофилл и каротин присутствуют все время, почему листья осенью только красные и желтые?A. Хлорофилл растворяется осенью, оставляя только красные и желтые пигменты.B. Холодные температуры позволяют красным и желтым пигментам отражать свет.C. Солнечный свет меняется осенью, раскрывая красный и желтый цвета.
Ответ на вопрос № 3
верно. С уменьшением количества света в осенние месяцы растения перестают вырабатывать хлорофилл, так как они дремлют на зиму. Как и все молекулы, хлорофилл начинает растворяться через некоторое время. Ксантофилл и каротин растворяются дольше и остаются в лист долго ведь хлорофилл ушел. Хотя хлорофилл обычно побеждает красный и желтый, без него можно увидеть только эти цвета.
Под микроскопом хлорофилл концентрируется внутри организмов в структурах, называемых хлоропласты - показаны здесь сгруппированы внутри растительных клеток.
Растения воспринимаются как зеленые, потому что хлорофилл поглощает в основном синие и красные волны и отражает зеленый цвет.
Есть несколько типов хлорофилла, но все они хлорин магний лиганд что составляет правую часть этой диаграммы.
Наиболее сильно хлорофиллы поглощают свет в синяя часть из электромагнитный спектр а также красная часть. [3] И наоборот, он плохо поглощает зеленые и почти зеленые части спектра, которые он отражает, создавая зеленый цвет хлорофилл-содержащих тканей. В фотосистемах зеленых растений существуют два типа хлорофилла: хлорофилл а и б. [4]
Содержание
История
Хлорофилл был впервые выделен и назван Джозеф Бьенэме Кавенту и Пьер Жозеф Пеллетье в 1817 г. [5] Наличие магний в хлорофилле был открыт в 1906 г., [6] и был первым обнаружением этого элемента в живой ткани. [7]
После первоначальной работы, проделанной немецким химиком Ричард Вильштеттер с 1905 по 1915 год, общая структура хлорофилла а был разъяснен Ганс Фишер в 1940 г. К 1960 г., когда большая часть стереохимия хлорофилла а был известен, Роберт Бернс Вудворд опубликовал полный синтез молекулы. [7] [8] В 1967 году последнее оставшееся стереохимическое выяснение было завершено Ян Флеминг, [9] а в 1990 году Вудворд с соавторами опубликовали обновленный синтез. [10] Хлорофилл f было объявлено о присутствии в цианобактерии и другие кислородные микроорганизмы, образующие строматолиты в 2010; [11] [12] молекулярная формула C55ЧАС70О6N4Mg и структура (2-формил) -хлорофилл а были выведены на основе ЯМР, оптических и масс-спектров. [13]
Фотосинтез
Абсорбция спектры свободного хлорофилла а ( синий ) и б ( красный ) в растворителе. Спектры молекул хлорофилла немного изменены. in vivo в зависимости от конкретных взаимодействий пигмент-белок.
Хлорофилл жизненно важен для фотосинтез, что позволяет растениям поглощать энергию из свет. [14]
Молекулы хлорофилла расположены внутри и вокруг фотосистемы которые встроены в тилакоид мембраны хлоропласты. [15] В этих комплексах хлорофилл выполняет три функции. Функция подавляющего большинства хлорофилла (до нескольких сотен молекул на фотосистему) заключается в поглощении света. Сделав это, эти же центры выполняют свою вторую функцию: передачу этой световой энергии посредством резонансная передача энергии к определенной паре хлорофилла в центр реакции фотосистем. Эта пара влияет на конечную функцию хлорофиллов, разделение зарядов, что приводит к биосинтезу. фотосистема II и фотосистема I, у которых есть свои отдельные реакционные центры, названные P680 и P700, соответственно. Эти центры названы по длине волны (в нанометры) их максимума поглощения красного пика. Идентичность, функция и спектральные свойства типов хлорофилла в каждой фотосистеме различны и определяются друг другом и окружающей их белковой структурой. После извлечения из белка в растворитель (например, ацетон или же метанол), [16] [17] [18] эти пигменты хлорофилла можно разделить на хлорофилл а и хлорофилл b.
Функция реакционного центра хлорофилла - поглощать световую энергию и передавать ее другим частям фотосистемы. Поглощенная энергия фотона передается электрону в процессе, называемом разделением зарядов. Удаление электрона из хлорофилла - это реакция окисления. Хлорофилл отдает электрон высокой энергии ряду молекулярных промежуточных продуктов, называемых электронная транспортная цепь. Заряженный реакционный центр хлорофилла (P680 + ) затем восстанавливается обратно в основное состояние, принимая электрон, оторванный от воды. Электрон, уменьшающий P680 + в конечном итоге происходит за счет окисления воды до O2 и H + через несколько промежуточных звеньев. Эта реакция заключается в том, как фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят O2 газа, и является источником практически всех O2 в атмосфере Земли. Фотосистема I обычно работает последовательно с Фотосистемой II; таким образом, P700 + Фотосистема I обычно восстанавливается, поскольку она принимает электрон через множество промежуточных продуктов в тилакоидной мембране, электронами, поступающими, в конечном счете, из Фотосистемы II. Однако реакции переноса электронов в тилакоидных мембранах сложны, и источник электронов, используемый для восстановления P700 + может изменяться.
Электронный поток, создаваемый пигментами хлорофилла реакционного центра, используется для перекачки H + ионов через тилакоидную мембрану, создавая хемиосмотический потенциал, используемый в основном в производстве АТФ (запасенная химическая энергия) или для снижения НАДФ + к НАДФН. НАДФН - универсальный агент используется для снижения CO2 на сахара, а также другие биосинтетические реакции.
Хлорофилл-белковые комплексы реакционного центра способны непосредственно поглощать свет и выполнять процессы разделения зарядов без помощи других пигментов хлорофилла, но вероятность того, что это происходит при данной интенсивности света, мала. Таким образом, все другие хлорофиллы в фотосистеме и белки антенного пигмента совместно поглощают световую энергию и направляют ее в реакционный центр. Помимо хлорофилла а, есть и другие пигменты, называемые вспомогательные пигменты, которые встречаются в этих антенных комплексах пигмент-белок.
Химическая структура
Хлорофиллы многочисленны по типу, но все они определяются наличием пятого кольца за четырьмя пирролоподобными кольцами. Большинство хлорофиллов классифицируются как хлорины, которые являются сокращенными родственниками порфирины (нашел в гемоглобин). Они имеют общий путь биосинтеза с порфиринами, включая их предшественник. уропорфириноген III. В отличие от гемов, у которых железо в центре тетрапиррол кольцо, связывают хлорофиллы магний. Для структур, изображенных в этой статье, некоторые из лиганды прикреплен к Mg 2+ центр опущены для ясности. Хлориновое кольцо может иметь различные боковые цепи, обычно в том числе длинные. фитол цепь. Наиболее распространенная форма у наземных растений - хлорофилл. а.
Читайте также: