ХЛОРОФІЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БУДОВА, РОЗТАШУВАННЯ, ВИДИ - БІОЛОГІЯ

Хлорофіл є біологічний пігмент, який вказує , що вона являє собою молекулу , здатну поглинати світло. Ця молекула поглинає довжину хвилі, що відповідає кольору фіолетового, синього та червоного, та відбиває світло зеленого кольору. Тому наявність хлорофілу відповідає за зелений колір рослин.

Його структура складається з порфіринового кільця з центром магнію та гідрофобним хвостом, який називається фітолом. Необхідно виділити структурну схожість хлорофілу з молекулою гемоглобіну.

Молекула хлорофілу відповідає за зелений колір у рослин. Джерело: pixabay.com

Хлорофіл знаходиться в тилакоїдах, мембранозних структурах, виявлених всередині хлоропластів. Хлоропласти рясніють у листках та інших структурах рослин.

Основна функція хлорофілу - це захоплення світла, яке буде використовуватися для стимулювання фотосинтетичних реакцій. Існують різні типи хлорофілу - найпоширеніший з них -, який незначно відрізняється за своєю структурою та піком поглинання, щоб збільшити кількість поглинутого сонячного світла.

Історична перспектива

Дослідження молекули хлорофілу бере свій початок у 1818 році, коли вперше було описано дослідниками Пелтьє і Кавенту, які придумали назву «хлорофіл». Пізніше, у 1838 р., Розпочалися хімічні дослідження молекули.

У 1851 році Вердей запропонував структурну схожість між хлорофілом та гемоглобіном. У той час ця схожість була перебільшеною, і передбачалося, що атом заліза також розташований у центрі молекули хлорофілу. Пізніше наявність магнію було підтверджено як центральний атом.

Різні типи хлорофілу були відкриті в 1882 році Бородіном, використовуючи дані, представлені мікроскопом.

Пігменти

Хлорофіл спостерігається під мікроскопом. Крістіан Пітерс - Фабельфрох

Що таке світло

Ключовим моментом фотосинтезуючих живих організмів, що мають здатність використовувати світлову енергію, є поглинання її. Молекули, які виконують цю функцію, називаються пігментами і присутні у рослинах та водоростях.

Для кращого розуміння цих реакцій необхідно знати певні аспекти, пов'язані з природою світла.

Світло визначається як тип електромагнітного випромінювання, форма енергії. Це випромінювання розуміється як хвиля і як частинка. Однією з характеристик електромагнітного випромінювання є довжина хвилі, виражена як відстань між двома послідовними хребтами.

Людське око може сприймати довжину хвилі від 400 до 710 нанометрів (нм = 10 ^-9 м). Короткі довжини хвилі пов'язані з більшою кількістю енергії. Сонячне світло включає біле світло, яке складається з усіх довжин хвиль у видимій частині.

Що стосується природи частинки, фізики описують фотони як дискретні пакети енергії. Кожна з цих частинок має характерну довжину хвилі та рівень енергії.

Коли фотон потрапляє на об’єкт, можуть трапитися три речі: бути поглиненими, переданими чи відображеними.

Чому хлорофіл зелений?

Рослини сприймаються як зелені, оскільки хлорофіл в основному поглинає синю та червону довжини хвилі і відображає зелений колір. Нефрон

Не всі пігменти ведуть себе однаково. Поглинання світла - явище, яке може відбуватися на різних довжинах хвиль, і кожен пігмент має певний спектр поглинання.

Поглинена довжина хвилі визначатиме колір, за яким ми будемо візуалізувати пігмент. Наприклад, якщо він поглинає світло на всій довжині, ми побачимо пігмент повністю чорний. Ті, що не поглинають всю довжину, відображають решту.

Що стосується хлорофілу, він поглинає довжину хвилі, що відповідає кольорам фіолетового, синього та червоного, та відбиває зелене світло. Це пігмент, який надає рослинам характерний зелений колір.

Хлорофіл - не єдиний пігмент у природі

Хоча хлорофіл є одним з найвідоміших пігментів, є й інші групи біологічних пігментів, такі як каротиноїди, які мають червонуваті або помаранчеві тони. Тому вони поглинають світло на іншій довжині хвилі, ніж хлорофіл, слугуючи екраном для перенесення енергії в хлорофіл.

Крім того, деякі каротиноїди мають фотозахисні функції: вони поглинають та розсіюють світлову енергію, яка може пошкодити хлорофіл; або реагують з киснем і утворюють окисні молекули, які можуть пошкодити клітинні структури.

Характеристика та структура

Хлорофіли - це біологічні пігменти, які сприймаються людським оком як зелені і беруть участь у фотосинтезі. Ми знаходимо їх у рослинах та інших організмах, здатних перетворювати світлову енергію в хімічну енергію.

Хімічно хлорофіли - це порфірини магнію. Вони досить схожі на молекулу гемоглобіну, відповідальну за транспорт кисню в нашій крові. Обидві молекули відрізняються лише типом та розташуванням груп-заступників на тетрапіролічному кільці.

Металом порфіринового кільця в гемоглобіні є залізо, а в хлорофілі - магній.

Бічний ланцюг хлорофілу є природним чином гідрофобним або аполярним і складається з чотирьох ізопреноїдних ланок, званих фітолом. Це етерифіковане до групи пропіонової кислоти в кільці номер чотири.

Якщо хлорофіл піддають термічній обробці, розчин приймає кислий рН, що призводить до виведення атома магнію з центру кільця. Якщо нагрівання зберігається або розчин знижує його pH ще більше, фітол закінчиться гідролізацією.

Розташування

Хлорофіл є одним з найбільш широко розповсюджених природних пігментів і знаходиться в різних лініях фотосинтетичного життя. У структурі рослин ми знаходимо його головним чином у листках та інших зелених структурах.

Якщо ми перейдемо до мікроскопічного огляду, хлорофіл виявляється всередині клітин, зокрема в хлоропластах. У свою чергу всередині хлоропластів є структури, утворені подвійними мембранами, звані тилакоїдами, які містять хлорофіл всередині - разом з іншими кількостями ліпідів і білків.

Тилакоїди - це структури, що нагадують кілька складених дисків або монет, і це дуже компактне розташування абсолютно необхідне для фотосинтетичної функції молекул хлорофілу.

У прокаріотичних організмах, які здійснюють фотосинтез, хлоропластів немає. З цієї причини тилакоїди, що містять фотосинтетичні пігменти, спостерігаються як частина клітинної мембрани, виділеної всередині клітинної цитоплазми, або вони будують структуру у внутрішній мембрані - картина, що спостерігається у ціанобактерій.

Типи

Хлорофіл a

Існує кілька видів хлорофілів, які незначно відрізняються за молекулярною будовою та їх розподілом у фотосинтетичних лініях. Тобто деякі організми містять певні види хлорофілу, а інші - ні.

Основний тип хлорофілу називається хлорофілом а, а в родовищі рослин пігмент заряджається безпосередньо в процесі фотосинтезу і перетворює світлову енергію в хімічну.

Хлорофіл b

Другий тип хлорофілу - b, а також присутній у рослинах. Структурно він відрізняється від хлорофілу a тим, що останній має метилову групу на вуглеці 3 кільця № II, а тип b містить формульну групу в такому положенні.

Вважається допоміжним пігментом і завдяки структурним відмінностям вони мають дещо інший спектр поглинання, ніж варіант а. Внаслідок цієї характеристики вони відрізняються своїм кольором: хлорофіл a - синьо-зелений, b - жовто-зелений.

Ідея цих диференціальних спектрів полягає в тому, що обидві молекули доповнюють одна одну при поглинанні світла і встигають збільшити кількість світлової енергії, що надходить у фотосинтетичну систему (щоб розширити спектр поглинання).

Хлорофіл с і д

Хлорофіл d

Існує третій тип хлорофілу, с, який ми знаходимо у бурих водоростях, діатомах та динофлагеллятах. Що стосується ціанофітних водоростей, вони виявляють лише хлорофіл. Нарешті, хлорофіл d міститься в деяких протістських організмах, а також у ціанобактеріях.

Хлорофіл в бактеріях

Існує ряд бактерій, здатних фотосинтезувати. У цих організмах є хлорофіли, відомі разом як бактеріохлорофіли, і подібно до хлорофілів еукаріотів їх класифікують за літерами: a, b, c, d, e та g.

Історично використовувалася ідея, що молекула хлорофілу з'явилася першою в процесі еволюції. Сьогодні, завдяки аналізу послідовностей, було запропоновано, що, ймовірно, споконвічна молекула хлорофілу була схожа на бактеріохлорофіл.

Особливості

Молекула хлорофілу є вирішальним елементом у фотосинтетичних організмах, оскільки відповідає за поглинання світла.

У машинах, необхідних для здійснення фотосинтезу, є компонент, який називається фотосистемою. Їх два, і кожна з них складається з "антени", відповідальної за збирання світла, і реакційного центру, де ми знаходимо хлорофіл.

Фотосистеми відрізняються головним чином піком поглинання молекули хлорофілу: фотосистема I має пік 700 нм, а II - 680 нм.

Таким чином хлорофіл вдається виконати свою роль у захопленні світла, який завдяки складній ферментативній батареї перетвориться на хімічну енергію, що зберігається в молекулах, таких як вуглеводи.

Список літератури

Бек, КБ (2010). Вступ до структури та розвитку рослин: анатомія рослин за двадцять перше століття. Cambridge University Press.
Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Біохімія. Я перевернувся.
Blankenship, RE (2010). Рання еволюція фотосинтезу. Фізіологія рослин, 154 (2), 434–438.
Кемпбелл, штат НС (2001). Біологія: Поняття та стосунки. Пірсон освіта.
Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
Кертіс, Х., Шнек, А. (2006). Запрошення на біологію. Panamerican Medical Ed.
Hohmann-Marriott, MF, та Blankenship, RE (2011). Еволюція фотосинтезу. Щорічний огляд біології рослин, 62, 515-548.
Хамфрі, А.М. (1980). Хлорофіл. Харчова хімія, 5 (1), 57–67. doi: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Біохімія: текст та атлас. Panamerican Medical Ed.
Локхарт, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). Еволюція хлорофілу та бактеріохлорофілу: проблема інваріантних ділянок при аналізі послідовностей. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 93 (5), 1930–1934. doi: 10.1073 / pnas.93.5.1930
Palade, GE, & Rosen, WG (1986). Клітинна біологія: фундаментальні дослідження та застосування. Національні академії.
Посада, JOS (2005). Основи для створення пасовищ та кормових культур. Університет Антіокії.
Ворон, PH, Еверт, РФ, Ейхорн, SE (1992). Біологія рослин (т. 2). Я перевернувся.
Садава, Д., І Purves, WH (2009). Життя: Наука про біологію. Panamerican Medical Ed.
Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF, & Martin, WF (2013). Еволюція гена біосинтезу хлорофілу вказує на подвоєння генів фотосистеми, а не на злиття фотосистем, в основі виникнення кисневого фотосинтезу. Біологія та еволюція геному, 5 (1), 200–216. doi: 10.1093 / gbe / evs127
Taiz, L., Zeiger, E. (2007). Фізіологія рослин. Університет Яуме І.
Xiong J. (2006). Фотосинтез: якого кольору було його походження ?. Геологія біології, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245

ХЛОРОФІЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БУДОВА, РОЗТАШУВАННЯ, ВИДИ - БІОЛОГІЯ - 2025