ХЛОРОФИЛЛ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, РАСПОЛОЖЕНИЕ, ВИДЫ - БИОЛОГИЯ

Хлорофилл представляет собой биологический пигмент, указывающий , что она представляет собой молекулу , способную поглощать свет. Эта молекула поглощает длину волны, соответствующую фиолетовому, синему и красному цвету, и отражает свет зеленого цвета. Таким образом, наличие 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.

Молекула хлорофилла отвечает за зеленый цвет растений. Источник: pixabay.com

Хлорофилл находится в тилакоидах, мембранных структурах внутри хлоропластов. Хлоропластов много в листьях и других структурах растений.

Основная функция хлорофилла - улавливать свет, который будет использоваться для стимулирования фотосинтетических реакций. Существуют разные типы хлорофилла, наиболее распространенным из которых является хлорофилл, которые немного отличаются по своей структуре и пику поглощения, чтобы увеличить количество поглощаемого солнечного света.

Историческая перспектива

Изучение молекулы хлорофилла датируется 1818 годом, когда она была впервые описана исследователями Пеллетье и Кавенту, которые придумали название «хлорофилл». Позже, в 1838 году, начались химические исследования молекулы.

В 1851 году Вердей предложил структурное сходство между хлорофиллом и гемоглобином. В то время это сходство было преувеличено и предполагалось, что атом железа также находится в центре молекулы хлорофилла. Позже было подтверждено присутствие магния как центрального атома.

Различные типы хлорофилла были открыты в 1882 году Бородиным с использованием данных, полученных под микроскопом.

Пигменты

Хлорофилл наблюдается под микроскопом. Кристиан Питерс - Fabelfroh

Что такое свет

Ключевым моментом для фотосинтезирующих живых организмов, позволяющих использовать световую энергию, является ее поглощение. Молекулы, которые выполняют эту функцию, называются пигментами и 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 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 может быть поглощен, передан или отражен.

Почему хлорофилл зеленый?

Растения воспринимаются как зеленые, потому что хлорофилл в основном поглощает синие и красные волны и отражает зеленый цвет. Nefronus

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 - один 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 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 световую энергию 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 отличаются только типами и расположением групп заместителей в тетрапиррольном кольце.

Металлом порфиринового кольца в гемоглобине является железо, а в хлорофилле - магний.

Боковая цепь хлорофилла по природе является гидрофобной или неполярной и состоит из четырех изопреноидных единиц, называемых фитолом. Он этерифицирован с группой пропионовой кислоты в четвертом кольце.

Если хлорофилл подвергается термообработке, 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.

Расположение

Хлорофилл - один из наиболее широко распространенных природных пигментов, который содержится 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 - образец, наблюдаемый 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 хлорофилл а, и в растительной линии пигмент заряжается непосредственно в процессе фотосинтеза и преобразует световую энергию в химию.

Хлорофилл b

Второй тип хлорофилла - это b, он также присутствует в растениях. Структурно он отличается от хлорофилла а, поскольку последний имеет метильную группу у углерода 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 заключается 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

Хлорофилл 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 простейших организмах, а также в цианобактериях.

Хлорофилл в бактериях

Есть ряд бактерий, способных к фотосинтезу. В этих организмах есть хлорофиллы, известные вместе как бактериохлорофиллы, 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, вероятно, предковая молекула хлорофилла была похожа на бактериохлорофилл.

Характеристики

Молекула хлорофилла является важным элементом фотосинтезирующих организмов, поскольку отвечает за поглощение света.

В аппарате, необходимом для фотосинтеза, есть компонент, называемый фотосистемой. Их две, и каждая состоит из «антенны», отвечающей за сбор света, и реакционного центра, где мы находим хлорофилл типа.

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.

Ссылки

Бек, CB (2010). Введение в строение и развитие растений: анатомия растений в двадцать первом веке. Издательство Кембриджского университета.
Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
Бланкеншип, RE (2010). Ранняя эволюция фотосинтеза. Физиология растений, 154 (2), 434–438.
Кэмпбелл, Северная Каролина (2001). Биология: понятия и отношения. Pearson Education.
Купер, GM, и Хаусман, Р. Э. (2004). Клетка: молекулярный подход. Медицинская наклада.
Кертис, Х., и Шнек, А. (2006). Приглашение к биологии. Panamerican Medical Ed.
Хоманн-Марриотт, М.Ф. и Бланкеншип, Р.Е. (2011). Эволюция фотосинтеза. Ежегодный обзор биологии растений, 62, 515-548.
Хамфри, AM (1980). Хлорофилл. Химия пищевых продуктов, 5 (1), 57–67. DOI: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
Кулман, Дж. И Рем, К. Х. (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
Локхарт, П.Дж., Ларкум, А.В., Стил, М., Уодделл, П.Дж., и Пенни, Д. (1996). Эволюция хлорофилла и бактериохлорофилла: проблема инвариантных сайтов в анализе последовательностей. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 93 (5), 1930–1934 гг. DOI: 10.1073 / pnas.93.5.1930
Palade, GE, & Rosen, WG (1986). Клеточная биология: фундаментальные исследования и приложения. Национальные академии.
Посада, JOS (2005). Основы создания пастбищ и кормовых культур. Университет Антиокии.
Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Биология растений (Том 2). Я поменял направление.
Садава Д. и Пурвес WH (2009). Жизнь: Наука биологии. Panamerican Medical Ed.
Соуза, Флорида, Шавит-Гриевинк, Л., Аллен, Дж. Ф., и Мартин, В. Ф. (2013). Эволюция гена биосинтеза хлорофилла указывает на дупликацию генов фотосистемы, а не слияние фотосистем, в основе оксигенного фотосинтеза. Геномная биология и эволюция, 5 (1), 200–216. DOI: 10.1093 / gbe / evs127
Тайз, Л., и Зейгер, Э. (2007). Физиология растений. Университет Жауме I.
Сюн Дж. (2006). Фотосинтез: какой цвет имел его происхождение ?. Геномная биология, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245

ХЛОРОФИЛЛ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, РАСПОЛОЖЕНИЕ, ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2026