KLOROFIL: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA, LOKACIJA, VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Klorofila je biološka pigmenta, kar kaže, da je molekula sposobna absorbirati svetlobo. Ta molekula absorbira valovno dolžino, ki ustreza barvi vijolične, modre in rdeče, in odseva svetlobo zelene barve. Zato je za zeleno barvo rastlin odgovorna prisotnost klorofila.

Njegova struktura je sestavljena iz porfirinskega obroča z magnezijevim središčem in hidrofobnim repom, imenovanim fitol. Treba je poudariti strukturno podobnost klorofila z molekulo hemoglobina.

Molekula klorofila je odgovorna za zeleno barvo rastlin. Vir: pixabay.com

Klorofil se nahaja v tilakoidih, membranskih strukturah, ki jih najdemo znotraj kloroplastov. Kloroplastov je v listih in drugih strukturah rastlin obilo.

Glavna funkcija klorofila je zajemanje svetlobe, ki bo uporabljena za poganjanje fotosintetskih reakcij. Obstajajo različne vrste klorofila - najpogostejši je a -, ki se nekoliko razlikujejo po svoji strukturi in absorpcijskem vrhu, da povečajo količino absorbirane sončne svetlobe.

Zgodovinska perspektiva

Študija molekule klorofila sega v leto 1818, ko sta jo prvič opisala raziskovalca Pelletier in Caventou, ki sta skovala ime "klorofil". Kasneje, leta 1838, so se začele kemijske študije molekule.

Leta 1851 je Verdeil predlagal strukturne podobnosti med klorofilom in hemoglobinom. Takrat je bila ta podobnost pretirana in domnevalo se je, da se v središču molekule klorofila nahaja tudi železov atom. Kasneje je bila prisotnost magnezija potrjena kot osrednji atom.

Različne vrste klorofila je leta 1882 odkril Borodin s pomočjo dokazov mikroskopa.

Pigmenti

Klorofil, opažen pod mikroskopom. Kristian Peters - Fabelfroh

Kaj je svetloba

Ključna točka fotosintetskih živih organizmov, ki imajo sposobnost uporabe svetlobne energije, je absorpcija le-te. Molekule, ki opravljajo to funkcijo, se imenujejo pigmenti in so prisotne v rastlinah in algah.

Za boljše razumevanje teh reakcij je potrebno poznati nekatere vidike, povezane z naravo svetlobe.

Svetloba je opredeljena kot vrsta elektromagnetnega sevanja, oblika energije. To sevanje razumemo kot val in kot delec. Ena od značilnosti elektromagnetnega sevanja je valovna dolžina, izražena kot razdalja med dvema zaporednima grebenoma.

Človeško oko lahko zazna valovno dolžino od 400 do 710 nanometrov (nm = 10 ^-9 m). Kratke valovne dolžine so povezane z večjimi količinami energije. Sončna svetloba vključuje belo svetlobo, ki je sestavljena iz vseh valovnih dolžin na vidnem delu.

Glede narave delca fiziki opisujejo fotone kot diskretne pakete energije. Vsak od teh delcev ima značilno valovno dolžino in energijsko raven.

Ko foton zadene predmet, se lahko zgodijo tri stvari: absorbirati, prenašati ali odražati.

Zakaj je klorofil zelen?

Rastline dojemamo kot zelene, ker klorofil v glavnem absorbira modro in rdečo valovno dolžino in odraža zeleno. Nefronus

Vsi pigmenti se ne obnašajo enako. Absorpcija svetlobe je pojav, ki se lahko pojavi pri različnih valovnih dolžinah in vsak pigment ima določen absorpcijski spekter.

Vpojna valovna dolžina bo določila barvo, s katero bomo pigment vizualizirali. Če na primer absorbira svetlobo na vseh svojih dolžinah, bomo videli pigment popolnoma črn. Tisti, ki ne absorbirajo vseh dolžin, odražajo ostalo.

V primeru klorofila absorbira valovne dolžine, ki ustrezajo vijoličnim, modrim in rdečim barvam, in odseva zeleno svetlobo. To je pigment, ki daje rastlinam značilno zeleno barvo.

Klorofil ni edini pigment v naravi

Čeprav je klorofil eden najbolj znanih pigmentov, obstajajo tudi druge skupine bioloških pigmentov, kot so karotenoidi, ki imajo rdečkaste ali oranžne tone. Zato absorbirajo svetlobo z drugačno valovno dolžino kot klorofil, ki služi kot zaslon za prenos energije klorofilu.

Poleg tega imajo nekateri karotenoidi fotoprotektivne funkcije: absorbirajo in razpršijo svetlobo, ki bi lahko poškodovala klorofil; ali reagirajo s kisikom in tvorijo oksidativne molekule, ki lahko poškodujejo celične strukture.

Značilnosti in struktura

Klorofili so biološki pigmenti, ki jih človeško oko zaznava zeleno in sodelujejo pri fotosintezi. Najdemo jih v rastlinah in drugih organizmih z zmožnostjo pretvorbe svetlobne energije v kemično energijo.

Kemično so klorofili magnezijevi porfirini. Te so precej podobne molekuli hemoglobina, ki je odgovorna za transport kisika v naši krvi. Obe molekuli se razlikujeta le v vrsti in lokaciji nadomestnih skupin na tetrakroličnem obroču.

Kovina porfirinskega obroča v hemoglobinu je železo, v klorofilu pa magnezij.

Stranska veriga klorofila je naravno hidrofobna ali apolarna in je sestavljena iz štirih izoprenoidnih enot, imenovanih fitol. Ta se esterificira v skupino propiojske kisline v obroču številka štiri.

Če je klorofil podvržen toplotni obdelavi, ima raztopina kisli pH, kar vodi do izločanja magnezijevega atoma iz središča obroča. Če segrevanje vztraja ali raztopina še bolj zniža pH, bo fitol na koncu hidroliziral.

Lokacija

Klorofil je eden najbolj razširjenih naravnih pigmentov in ga najdemo v različnih vrstah fotosintetskega življenja. V strukturi rastlin ga najdemo predvsem v listih in drugih zelenih strukturah.

Če gremo na mikroskopski pogled, najdemo klorofil znotraj celic, natančneje v kloroplastih. V notranjosti kloroplastov so strukture, ki jih tvorijo dvojne membrane imenovane tilakoidi, ki vsebujejo klorofil v notranjosti - skupaj z drugimi količinami lipidov in beljakovin.

Thylakoidi so strukture, ki spominjajo na več zloženih diskov ali kovancev, zato je ta zelo kompaktna postavitev nujno potrebna za fotosintezno delovanje molekul klorofila.

V prokariotskih organizmih, ki izvajajo fotosintezo, ni kloroplastov. Zaradi tega se tilakoidi, ki vsebujejo fotosintetske pigmente, opazujejo kot del celične membrane, izolirane znotraj citoplazme celice ali pa zgradijo strukturo v notranji membrani - vzorec, ki ga opazimo pri cianobakterijah.

Vrste

Klorofil a

Klorofil a

Obstaja več vrst klorofilov, ki se med molekularno strukturo in njihovo porazdelitvijo v fotosintetskih progah nekoliko razlikujejo. To pomeni, da nekateri organizmi vsebujejo določene vrste klorofila, drugi pa ne.

Glavna vrsta klorofila se imenuje klorofil a, v rastlinski liniji v pigmentu, ki se v fotosintetskem postopku nabira neposredno in svetlobno energijo pretvori v kemijo.

Klorofil b

Klorofil b

Druga vrsta klorofila je b in je prisotna tudi v rastlinah. Strukturno se razlikuje od klorofila a, ker ima metilna skupina na ogljiku 3 obročka številka II, tip b pa v tem položaju vsebuje formilno skupino.

Velja za dodaten pigment, zaradi strukturnih razlik pa imajo nekoliko drugačen absorpcijski spekter kot varianta a. Zaradi te lastnosti se razlikujejo po svoji barvi: klorofil a je modro-zelen in b rumeno-zelen.

Ideja teh diferencialnih spektrov je, da se obe molekuli medsebojno dopolnjujeta pri absorpciji svetlobe in uspeta povečati količino svetlobne energije, ki vstopa v fotosintetski sistem (tako da se absorpcijski spekter razširi).

Klorofil c in d

Klorofil d

Obstaja tretja vrsta klorofila, c, ki jo najdemo v rjavih algah, diatomejih in dinoflagelatih. V primeru alg iz cianofita kažejo le tip klorofila. Nazadnje klorofil d najdemo v nekaterih protističnih organizmih in tudi v cianobakterijah.

Klorofil v bakterijah

Obstajajo številne bakterije s sposobnostjo fotosinteze. V teh organizmih obstajajo klorofili, znani skupaj kot bakterioklorofili, in podobno kot klorofili evkariotov so razvrščeni po črkah: a, b, c, d, e in g.

V preteklosti je bila uporabljena ideja, da se molekula klorofila prvič pojavi med evolucijo. Danes je zahvaljujoč analizi zaporedja predlagano, da je verjetno molekul predhodnega klorofila podoben bakterioklorofilu.

Lastnosti

Molekula klorofila je ključni element v fotosintetskih organizmih, saj je odgovoren za absorpcijo svetlobe.

V strojih, potrebnih za izvajanje fotosinteze, je sestavni del, imenovan fotosistem. Obstajata dva in vsaka je sestavljena iz "antene", ki skrbi za zbiranje svetlobe in reakcijskega centra, kjer najdemo klorofil.

Fotosistemi se razlikujejo predvsem v absorpcijskem piku molekule klorofila: fotosistem I ima vrh pri 700 nm in II pri 680 nm.

Na ta način klorofil uspe izpolniti svojo vlogo pri zajemu svetlobe, ki se bo zahvaljujoč kompleksni encimski bateriji pretvoril v kemično energijo, shranjeno v molekulah, kot so ogljikovi hidrati.

Reference

1. Beck, CB (2010). Uvod v zgradbo in razvoj rastlin: anatomija rastlin v enaindvajsetem stoletju. Cambridge University Press.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
3. Blankenship, RE (2010). Zgodnja evolucija fotosinteze. Fiziologija rastlin, 154 (2), 434–438.
4. Campbell, NA (2001). Biologija: pojmi in odnosi. Pearsonova vzgoja.
5. Cooper, GM in Hausman, RE (2004). Celica: Molekularni pristop. Medicinska naklada.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Panamerican Medical Ed.
7. Hohmann-Marriott, MF, in Blankenship, RE (2011). Evolucija fotosinteze. Letni pregled biološke rastline, 62, 515-548.
8. Humphrey, AM (1980). Klorofil. Food Chemistry, 5 (1), 57–67. doi: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
9. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
10. Lockhart, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). Evolucija klorofila in bakterioklorofila: problem invariantnih mest pri analizi zaporedja. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 93 (5), 1930–1934. doi: 10.1073 / pnas.93.5.1930
11. Palade, GE, in Rosen, WG (1986). Celična biologija: temeljne raziskave in aplikacije. Nacionalne akademije.
12. Posada, JOS (2005). Temelji za postavitev pašnikov in krmnih rastlin. Univerza v Antiokiji.
13. Raven, PH, Evert, RF, in Eichhorn, SE (1992). Biologija rastlin (letnik 2). Sem obrnil.
14. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Življenje: Nauk o biologiji. Panamerican Medical Ed.
15. Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF, & Martin, WF (2013). Evolucija genov za biosintezo klorofila kaže na podvajanje gena fotosistema, ne pa na združitev fotosistema, ob nastanku kisikove fotosinteze. Biologija in evolucija genoma, 5 (1), 200–216. doi: 10.1093 / gbe / evs127
16. Taiz, L., in Zeiger, E. (2007). Fiziologija rastlin. Univerza Jaume I.
17. Xiong J. (2006). Fotosinteza: katere barve je bil njen izvor ?. Genomska biologija, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245