CHLOROFYL: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, UMIESTNENIE, TYPY - BIOLÓGIE

Chlorofyl je biologický pigment, čo naznačuje, že to je molekula schopná absorbovať svetlo. Táto molekula absorbuje vlnovú dĺžku zodpovedajúcu fialovej, modrej a červenej farbe a odráža svetlo zelenej farby. Preto je prítomnosť zelenej farby rastlín zodpovedná za prítomnosť chlorofylu.

Jeho štruktúra pozostáva z porfyrínového kruhu s horčíkovým centrom a hydrofóbnym chvostom, ktorý sa nazýva fytol. Je potrebné zdôrazniť štrukturálnu podobnosť chlorofylu s molekulou hemoglobínu.

Molekula chlorofylu je zodpovedná za zelenú farbu rastlín. Zdroj: pixabay.com

Chlorofyl sa nachádza v tylakoidoch, membránové štruktúry sa nachádzajú vo vnútri chloroplastov. Chloroplasty sú bohaté na listy a iné štruktúry rastlín.

Hlavnou funkciou chlorofylu je zachytiť svetlo, ktoré sa použije na riadenie fotosyntetických reakcií. Existujú rôzne typy chlorofylu - najbežnejšia je a - ktoré sa mierne líšia svojou štruktúrou a absorpčným vrcholom, aby sa zvýšilo množstvo absorbovaného slnečného svetla.

Historická perspektíva

Štúdium molekuly chlorofylu sa datuje do roku 1818, keď ho prvýkrát opísali vedci Pelletier a Caventou, ktorí razili meno „chlorofyl“. Neskôr, v roku 1838, začali chemické štúdie molekuly.

V roku 1851 Verdeil navrhol štrukturálne podobnosti medzi chlorofylom a hemoglobínom. V tej dobe bola táto podobnosť zveličená a predpokladalo sa, že atóm železa sa nachádza tiež v strede molekuly chlorofylu. Neskôr bola ako stredný atóm potvrdená prítomnosť horčíka.

Rôzne typy chlorofylu objavil v roku 1882 Borodin na základe dôkazov poskytnutých mikroskopom.

pigmenty

Chlorofyl pozorovaný pod mikroskopom. Kristian Peters - Fabelfroh

Čo je svetlo

Kľúčovým bodom pre schopnosť fotosyntetických živých organizmov používať svetelnú energiu je absorpcia. Molekuly, ktoré vykonávajú túto funkciu, sa nazývajú pigmenty a nachádzajú sa v rastlinách a riasach.

Pre lepšie pochopenie týchto reakcií je potrebné poznať určité aspekty súvisiace s povahou svetla.

Svetlo je definované ako druh elektromagnetického žiarenia, forma energie. Toto žiarenie sa chápe ako vlna a častice. Jednou z charakteristík elektromagnetického žiarenia je vlnová dĺžka, vyjadrená ako vzdialenosť medzi dvoma po sebe nasledujúcimi hrebeňmi.

Ľudské oko môže vnímať vlnovú dĺžku v rozsahu od 400 do 710 nanometrov (nm = 10 - ⁹ m). Krátke vlnové dĺžky sú spojené s väčším množstvom energie. Slnečné svetlo zahŕňa biele svetlo, ktoré pozostáva zo všetkých vlnových dĺžok vo viditeľnej časti.

Pokiaľ ide o povahu častice, fyzici opisujú fotóny ako diskrétne pakety energie. Každá z týchto častíc má charakteristickú vlnovú dĺžku a hladinu energie.

Keď fotón zasiahne predmet, môžu sa vyskytnúť tri veci: byť absorbovaný, prenášaný alebo odrážaný.

Prečo je chlorofyl zelený?

Rastliny sú vnímané ako zelené, pretože chlorofyl absorbuje hlavne modré a červené vlnové dĺžky a odráža zelené. Nefronus

Nie všetky pigmenty sa správajú rovnako. Absorpcia svetla je jav, ktorý sa môže vyskytovať pri rôznych vlnových dĺžkach a každý pigment má svoje špecifické absorpčné spektrum.

Absorbovaná vlnová dĺžka určí farbu, pri ktorej budeme pigment vizualizovať. Napríklad, ak absorbuje svetlo vo všetkých jeho dĺžkach, uvidíme pigment úplne čierny. Tie, ktoré neabsorbujú všetky dĺžky, odrážajú zvyšok.

V prípade chlorofylu absorbuje vlnové dĺžky zodpovedajúce fialovej, modrej a červenej farbe a odráža zelené svetlo. To je pigment, ktorý dáva rastlinám charakteristickú zelenú farbu.

Chlorofyl nie je v prírode jediný pigment

Aj keď chlorofyl je jedným z najznámejších pigmentov, existujú aj iné skupiny biologických pigmentov, ako sú karotenoidy, ktoré majú načervenalé alebo oranžové tóny. Preto absorbujú svetlo s inou vlnovou dĺžkou ako chlorofyl, slúžiace ako obrazovka prenosu energie do chlorofylu.

Niektoré karotenoidy majú navyše fotoprotektívne funkcie: absorbujú a rozptyľujú svetelnú energiu, ktorá by mohla poškodiť chlorofyl; alebo reagujú s kyslíkom a tvoria oxidačné molekuly, ktoré by mohli poškodiť bunkové štruktúry.

Charakteristiky a štruktúra

Chlorofyly sú biologické pigmenty, ktoré sú vnímané ako zelené pre ľudské oko a ktoré sa podieľajú na fotosyntéze. Nájdeme ich v rastlinách a iných organizmoch so schopnosťou transformovať svetelnú energiu na chemickú energiu.

Chemicky chlorofyly sú porfyríny horčíka. Sú dosť podobné molekule hemoglobínu, ktorá je zodpovedná za transport kyslíka v našej krvi. Obidve molekuly sa líšia iba typom a umiestnením substitučných skupín na tetrapyrolickom kruhu.

Kovom porfyrínového kruhu v hemoglobíne je železo, zatiaľ čo v chlorofyle je to horčík.

Chlorofylový postranný reťazec je prirodzene hydrofóbny alebo nepolárny a skladá sa zo štyroch izoprenoidových jednotiek nazývaných fytol. To je esterifikované na skupinu kyseliny propioovej v kruhu číslo štyri.

Ak je chlorofyl podrobený tepelnému spracovaniu, roztok má kyslé pH, čo vedie k eliminácii atómu horčíka zo stredu kruhu. Ak zahrievanie pretrváva alebo ak roztok ešte viac zníži svoje pH, fytol skončí hydrolýzou.

umiestnenia

Chlorofyl je jedným z najrozšírenejších prírodných pigmentov a nachádza sa v rôznych líniách fotosyntetického života. V štruktúre rastlín ju nachádzame hlavne v listoch a iných zelených štruktúrach.

Ak pôjdeme do mikroskopického pohľadu, chlorofyl sa nachádza vo vnútri buniek, konkrétne v chloroplastoch. Vo vnútri chloroplastov sa zase nachádzajú štruktúry tvorené dvojitými membránami nazývanými tylakoidy, ktoré vo vnútri obsahujú chlorofyl - spolu s ďalšími množstvami lipidov a proteínov.

Thylakoidy sú štruktúry, ktoré sa podobajú niekoľkým naskladaným diskom alebo minci, a toto veľmi kompaktné usporiadanie je absolútne nevyhnutné pre fotosyntetickú funkciu molekúl chlorofylu.

V prokaryotických organizmoch, ktoré vykonávajú fotosyntézu, neexistujú žiadne chloroplasty. Z tohto dôvodu sa tylakoidy, ktoré obsahujú fotosyntetické pigmenty, pozorujú ako súčasť bunkovej membrány, izolované vo vnútri bunkovej cytoplazmy, alebo vytvárajú štruktúru vo vnútornej membráne - obrazec pozorovaný pri cyanobaktériách.

druhy

Chlorofyl a

Existuje niekoľko typov chlorofylov, ktoré sa mierne líšia v molekulovej štruktúre a ich distribúcii vo fotosyntetických líniách. To znamená, že niektoré organizmy obsahujú určité typy chlorofylu a iné nie.

Hlavný typ chlorofylu sa nazýva chlorofyl a v línii rastlín v pigmente, ktorý sa nabíja priamo vo fotosyntetickom procese a premieňa svetelnú energiu na chemickú.

Chlorofyl b

Druhý typ chlorofylu je ba je prítomný aj v rastlinách. Štrukturálne sa líši od chlorofylu a, pretože má metylovú skupinu na uhlíku 3 kruhu číslo II a typ b obsahuje v tejto polohe formylovú skupinu.

Považuje sa za pomocný pigment a vďaka štrukturálnym rozdielom má mierne odlišné absorpčné spektrum ako variant a. V dôsledku tejto charakteristiky sa líšia farbou: chlorofyl a je modro-zelený ab je žlto-zelený.

Myšlienka týchto diferenciálnych spektier je taká, že sa obe molekuly navzájom dopĺňajú pri absorpcii svetla a dokážu zvýšiť množstvo svetelnej energie, ktorá vstupuje do fotosyntetického systému (takže sa absorpčné spektrum rozširuje).

Chlorofyl c a d

Chlorofyl d

Existuje tretí typ chlorofylu c, ktorý nájdeme v hnedých riasach, rozsievkach a dinoflagelátoch. V prípade rias kyanofytov vykazujú iba chlorofyl typu. A nakoniec, chlorofyl d sa nachádza v niektorých protistických organizmoch a tiež v cyanobaktériách.

Chlorofyl v baktériách

Existuje množstvo baktérií so schopnosťou fotosyntézy. V týchto organizmoch sú chlorofyly známe spoločne ako bakteriochlorofyly a podobne ako chlorofyly eukaryot sú zatriedené podľa písmen: a, b, c, d, e a g.

Historicky sa používala myšlienka, že molekula chlorofylu sa objavila ako prvá v priebehu evolúcie. Dnes sa vďaka sekvenčnej analýze navrhuje, že pravdepodobne bola pôvodná molekula chlorofylu podobná bakteriochlorofylu.

Vlastnosti

Molekula chlorofylu je zásadným prvkom fotosyntetických organizmov, pretože je zodpovedná za absorpciu svetla.

V strojoch potrebných na vykonanie fotosyntézy je zložka nazývaná fotosystém. Existujú dve a každá z nich pozostáva z „antény“, ktorá má na starosti zhromažďovanie svetla, a z reakčného centra, kde nájdeme typ chlorofylu.

Fotosystémy sa líšia hlavne v absorpčnom píku molekuly chlorofylu: fotosystém I má pík pri 700 nm a II pri 680 nm.

Týmto spôsobom sa chlorofylu podarí plniť svoju úlohu pri zachytávaní svetla, ktoré sa vďaka komplexnej enzymatickej batérii premení na chemickú energiu uloženú v molekulách, ako sú uhľohydráty.

Referencie

Beck, CB (2010). Úvod do štruktúry a vývoja rastlín: anatómia rastlín pre 21. storočie. Cambridge University Press.
Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
Blankenship, RE (2010). Včasný vývoj fotosyntézy. Plant Physiology, 154 (2), 434 - 438.
Campbell, NA (2001). Biológia: Koncepty a vzťahy. Pearson Education.
Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Bunka: Molekulárny prístup. Medicinska naklada.
Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamerican Medical Ed.
Hohmann-Marriott, MF, & Blankenship, RE (2011). Vývoj fotosyntézy. Ročný prehľad o rastlinnej biológii, 62, 515-548.
Humphrey, AM (1980). Chlorofyl. Food Chemistry, 5 (1), 57–67. doi: 10,016 / 0308-8146 (80) 90064-3
Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochémia: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
Lockhart, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, a Penny, D. (1996). Vývoj chlorofylu a bakteriochlorofylu: problém invariantných miest v sekvenčnej analýze. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 93 (5), 1930 - 1934. doi: 10,1073 / pnas.93,5.1930
Palade, GE a Rosen, WG (1986). Cell Biology: Basic Research and Applications. Národné akadémie.
Posada, JOS (2005). Základy zakladania pasienkov a krmovín. Antioquia univerzita.
Raven, PH, Evert, RF a Eichhorn, SE (1992). Plant Biology (zväzok 2). Obrátil som sa.
Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: Biológia. Panamerican Medical Ed.
Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF a Martin, WF (2013). Vývoj génov biosyntézy chlorofylu naznačuje duplikáciu génov fotosystému, nie fúziu fotosystému, pri vzniku kyslíkovej fotosyntézy. Genómová biológia a evolúcia, 5 (1), 200–216. doi: 10,1093 / gbe / evs127
Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fyziológia rastlín. Univerzita Jaume I.
Xiong J. (2006). Fotosyntéza: Aká farba bola jeho pôvodom. Genome biology, 7 (12), 245. doi: 10,1816 / gb-2006-7-12-245

CHLOROFYL: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, UMIESTNENIE, TYPY - BIOLÓGIE - 2025