ХЛОРОФИЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ, ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На хлорофила е биологично пигмент, което показва, че това е молекула, способна да абсорбира светлината. Тази молекула абсорбира дължината на вълната, съответстваща на цвета на виолетово, синьо и червено, и отразява светлината на зеления цвят. Следователно наличието на хлорофил е отговорен за зеления цвят на растенията.

Структурата му се състои от порфиринов пръстен с магнезиев център и хидрофобна опашка, наречен фитол. Необходимо е да се подчертае структурното сходство на хлорофила с молекулата на хемоглобина.

Хлорофилната молекула е отговорна за зеления цвят в растенията. Източник: pixabay.com

Хлорофилът се намира в тилакоиди, мембранозни структури, намиращи се в хлоропластите. Хлоропластите са в изобилие в листата и други структури на растенията.

Основната функция на хлорофила е да улавя светлина, която ще се използва за задвижване на фотосинтетичните реакции. Има различни видове хлорофил - най-често срещаният е -, които се различават леко по своята структура и пик на абсорбция, за да увеличат количеството на абсорбираната слънчева светлина.

Историческа перспектива

Изследването на хлорофилната молекула датира от 1818 г., когато за първи път е описано от изследователи Пелетиер и Кавенту, които въвели името "хлорофил". По-късно, през 1838 г., започват химическите изследвания на молекулата.

През 1851 г. Вердейл предлага структурните прилики между хлорофила и хемоглобина. По това време тази прилика беше преувеличена и се предполагаше, че железен атом също е разположен в центъра на молекулата на хлорофила. По-късно присъствието на магнезий се потвърждава като централен атом.

Различните видове хлорофил са открити през 1882 г. от Бородин, използвайки доказателства, предоставени от микроскопа.

Пигменти

Хлорофил, наблюдаван под микроскоп. Кристиан Питърс - Фабелфрох

Какво е светлина

Ключов момент за фотосинтетичните живи организми, които имат способността да използват светлинната енергия, е усвояването му. Молекулите, които изпълняват тази функция, се наричат ​​пигменти и присъстват в растенията и водораслите.

За да се разберат по-добре тези реакции е необходимо да се знаят някои аспекти, свързани с природата на светлината.

Светлината се определя като вид електромагнитно излъчване, форма на енергия. Това излъчване се разбира като вълна и като частица. Една от характеристиките на електромагнитното излъчване е дължината на вълната, изразена като разстоянието между два последователни хребета.

Човешкото око може да възприема дължината на вълната, варираща от 400 до 710 нанометра (nm = 10 ^-9 m). Късите дължини на вълната са свързани с по-големи количества енергия. Слънчевата светлина включва бяла светлина, която се състои от всички дължини на вълната във видимата част.

По отношение на естеството на частицата, физиците описват фотоните като дискретни пакети енергия. Всяка от тези частици има характерна дължина на вълната и ниво на енергия.

Когато фотон удари обект, могат да се случат три неща: да бъдат погълнати, предадени или отразени.

Защо хлорофилът е зелен?

Растенията се възприемат като зелени, защото хлорофилът поглъща главно сините и червените дължини на вълната и отразява зелено. Nefronus

Не всички пигменти се държат по един и същи начин. Поглъщането на светлина е явление, което може да се случи при различни дължини на вълната и всеки пигмент има определен спектър на абсорбция.

Погълнатата дължина на вълната ще определи цвета, с който ще визуализираме пигмента. Например, ако поглъща светлина на всичките си дължини, ще видим пигмента напълно черен. Тези, които не поемат всички дължини, отразяват останалото.

В случай на хлорофил той абсорбира дължините на вълната, съответстващи на цветовете виолетово, синьо и червено, и отразява зелена светлина. Това е пигментът, който придава на растенията техния характерен зелен цвят.

Хлорофилът не е единственият пигмент в природата

Въпреки че хлорофилът е един от най-известните пигменти, има и други групи биологични пигменти като каротеноиди, които имат червеникави или оранжеви тонове. Следователно, те абсорбират светлина с различна дължина на вълната от хлорофила, служейки като екран за пренос на енергия към хлорофила.

В допълнение, някои каротеноиди имат фотозащитни функции: те абсорбират и разсейват светлинната енергия, която може да повреди хлорофила; или реагират с кислород и образуват окислителни молекули, които биха могли да повредят клетъчните структури.

Характеристики и структура

Хлорофилите са биологични пигменти, които се възприемат като зелени за човешкото око и участват във фотосинтезата. Откриваме ги в растения и други организми със способността да трансформират светлинната енергия в химическа енергия.

Химически хлорофилите са магнезиеви порфирини. Те са доста подобни на молекулата на хемоглобина, отговорна за транспортирането на кислород в кръвта ни. И двете молекули се различават само по видовете и разположението на заместващите групи върху тетрапироловия пръстен.

Металът на порфириновия пръстен в хемоглобина е желязо, докато в хлорофила е магнезий.

Страничната верига на хлорофила е естествено хидрофобна или аполарна и е съставена от четири изопреноидни единици, наречени фитол. Това се естерифицира до групата на пропионовата киселина в пръстен номер четири.

Ако хлорофилът се подложи на термична обработка, разтворът приема киселинно рН, което води до елиминиране на магнезиевия атом от центъра на пръстена. Ако нагряването продължи или разтворът намали pH още повече, фитолът ще се хидролизира.

местоположение

Хлорофилът е един от най-широко разпространените естествени пигменти и се намира в различни линии на фотосинтетичния живот. В структурата на растенията го намираме главно в листата и други зелени структури.

Ако преминем към микроскопичен изглед, хлорофилът се намира вътре в клетките, по-специално в хлоропластите. От своя страна вътре в хлоропластите има структури, образувани от двойни мембрани, наречени тилакоиди, които съдържат хлорофил вътре - заедно с други количества липиди и протеини.

Тилакоидите са структури, които приличат на няколко подредени диска или монети, и тази много компактна подредба е абсолютно необходима за фотосинтетичната функция на хлорофилните молекули.

В прокариотните организми, които извършват фотосинтеза, няма хлоропласти. Поради тази причина тилакоидите, съдържащи фотосинтетични пигменти, се наблюдават като част от клетъчната мембрана, изолирана вътре в клетъчната цитоплазма или изграждат структура във вътрешната мембрана - модел, наблюдаван при цианобактериите.

Видове

Хлорофил a

Хлорофил a

Има няколко вида хлорофили, които се различават леко по молекулярна структура и по разпространението си във фотосинтетични линии. Тоест, някои организми съдържат определени видове хлорофил, а други не.

Основният вид хлорофил се нарича хлорофил а, а в растителната линия в пигмента, зареден директно във фотосинтетичния процес и превръща светлинната енергия в химия.

Хлорофил b

Хлорофил b

Втори вид хлорофил е b и също присъства в растенията. Структурно той се различава от хлорофил а, тъй като последният има метилова група при въглерод 3 от пръстен номер II, а тип b съдържа формилна група в това положение.

Счита се за спомагателен пигмент и благодарение на структурните различия те имат малко по-различен спектър на абсорбция от вариант а. В резултат на тази характеристика те се различават по своя цвят: хлорофилът a е синьо-зелен, а b е жълтозелен.

Идеята на тези диференциални спектри е, че двете молекули се допълват взаимно при поглъщането на светлината и успяват да увеличат количеството светлинна енергия, която навлиза във фотосинтетичната система (така че абсорбционният спектър се разширява).

Хлорофил с и d

Хлорофил d

Има трети тип хлорофил, с, който намираме в кафяви водорасли, диатоми и динофлагелати. В случай на цианофитни водорасли те проявяват само хлорофил. И накрая, хлорофил d се намира в някои протистки организми, а също и в цианобактерии.

Хлорофил в бактериите

Има редица бактерии със способността да фотосинтезират. В тези организми има хлорофили, известни заедно като бактериохлорофили, и подобно на хлорофилите на еукариотите, те се класифицират след буквите: a, b, c, d, e и g.

В исторически план се използва идеята, че молекулата на хлорофила се появява първо в хода на еволюцията. Днес, благодарение на анализ на последователности, се предполага, че вероятно молекулата на предшествения хлорофил е била подобна на бактериохлорофил.

Характеристика

Хлорофилната молекула е решаващ елемент във фотосинтетичните организми, тъй като е отговорна за абсорбцията на светлината.

В машината, необходима за извършване на фотосинтеза, има компонент, наречен фотосистема. Има две и всяка от тях е съставена от "антена", която отговаря за събирането на светлината и реакционен център, където откриваме тип хлорофил.

Фотосистемите се различават главно по пика на абсорбция на хлорофилната молекула: фотосистемата I има пик при 700 nm, а II при 680 nm.

По този начин хлорофилът успява да изпълни своята роля в улавянето на светлината, която благодарение на сложна ензимна батерия ще се трансформира в химическа енергия, съхранявана в молекули като въглехидрати.

Препратки

1. Бек, CB (2010). Въведение в структурата и развитието на растенията: анатомията на растенията за двадесет и първи век. Cambridge University Press.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
3. Blankenship, RE (2010). Ранна еволюция на фотосинтезата. Растителна физиология, 154 (2), 434–438.
4. Кембъл, НС (2001). Биология: Понятия и взаимоотношения. Pearson Education.
5. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клетката: Молекулен подход. Медицинска наклада.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Покана за биология. Panamerican Medical Ed.
7. Hohmann-Marriott, MF, & Blankenship, RE (2011). Еволюция на фотосинтезата. Годишен преглед на биологията на растенията, 62, 515-548.
8. Хъмфри, AM (1980). Хлорофил. Хранителна химия, 5 (1), 57–67. doi: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
9. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
10. Lockhart, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). Еволюция на хлорофил и бактериохлорофил: проблемът с инвариантните места при анализ на последователности. Трудове на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 93 (5), 1930–1934. doi: 10.1073 / pnas.93.5.1930
11. Palade, GE, & Rosen, WG (1986). Клетъчна биология: основни изследвания и приложения. Национални академии.
12. Посада, JOS (2005). Основи за създаване на пасища и фуражни култури. Университет на Антиокия.
13. Raven, PH, Evert, RF, и Eichhorn, SE (1992). Растителна биология (том 2). Обърнах се.
14. Садава, D., & Purves, WH (2009). Живот: Науката за биологията. Panamerican Medical Ed.
15. Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF, & Martin, WF (2013). Еволюцията на гена на биосинтеза на хлорофил показва дублирането на гените на фотосистемата, а не сливането на фотосистемата, в началото на кислородната фотосинтеза. Биология и еволюция на генома, 5 (1), 200–216. doi: 10.1093 / gbe / evs127
16. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Физиология на растенията. Университет Jaume I.
17. Xiong J. (2006). Фотосинтеза: какъв цвят е произходът му ?. Генома биология, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245