Какой металл в хлорофилле

Обновлено: 04.10.2024

Исследованием хлорофилла занимался и замечательный русский ботаник Михаил Семенович Цвет, прославившийся: более изобретением хроматографии— простого способа разделения смесей который в наше время стал совершенно незаменимым в химическом анализе. М. С. Цвет родился в Италии и немало скитался по свету в поисках пристанища для спокойной работы.; В конце концов он обосновался в России, на родине своего отца. Здесь им были сделаны главные его открытия, здесь он и. умер в 1919 году, не дожив до 47 лет. Созданный учёным аналитический метод, который он назвал хроматографией (от греческого «хрома» — цвет), позволил доказать наличие двух пигментов, составляющих хлорофилл.

М. С. Цвет пропускал раствор пигментов через стеклянную колонку, плотно набитую толчёным мелом. И разные пигменты, даже незначительно отличающиеся друг от друга, осаждались по-разному. Таким образом получался столбик, напоминающий шлагбаум тем, что был окрашен послойно. Метод, предложенный М. Цветом, позже получил развитие и ныне широко применяется в химическом анализе.

Случайно или нет, но примерно в это же время хлорофиллом занимался и немецкий учёный, ровесник Цвета Рихард Мартин Вильштеттер. Вместе со своим ближайшим учеником Артуром Штолем ему удалось получить кристаллический хлорофилл и определить его основные компоненты. Они установили, что этот пигмент является комплексом, содержащим магний. В 1913 году Вильштеттер и Штоль опубликовали фундаментальный труд «Исследования хлорофилла». Затем Вильштеттер увлёкся и другими растительными пигментами. В 1915 году за исследования хлорофилла и других пигментов ему присудили Нобелевскую премёю по химии.

Окончательную структуру хлорофилла установил уже знакомый нам Ханс Фишер в 1940 году.

Искусственный хлорофилл был получен ещё через 20 лет. Эта заслуга принадлежит коллективу американских учёных, возглавляемому известным химиком-органиком Робертом Бёрнсом Вудвортом. Недаром его называли непревзойдённым королём синтеза, человеком, «который лепит молекулы». В самом деле, 27-летний Вудворт дебютировал синтезом хинина, на который было затрачено чуть больше года. Что же, опять случайное совпадение? Пельтье и Каванту сначала открыли хинин, а потом хлорофилл. Вудворт сначала синтезировал хинин, а потом хлорофилл. В 1951 году Вудворт сообщает, что им проведены синтезы холестерина — одного из стеринов, с которым связано нарушение обмена вещёств и отложение бляшек на стенках сосудов, а также кортизона — лекарства против различных воспалительных процессов. Далее следуют синтезы других соединений., среди которых известный нам стрихнин, а также резерпин — средство лечения психических заболеваний и гипертонии. И наконец, синтез хлорофилла, на который было затрачено 4 года. Отметим попутно, что Вудворт расшифровал к тому же и структуры молекул террамицина, ауромицина, биомицина, стрептомицина, тетрациклина. Значение этих антибиотиков в медицине общеизвестно. Все это вкупе с последующими достижениями (о которых мы ещё будем говорить) в 1965 году принесло Вудворту Нобелевскую премёю.

Итак, было обнаружено, что хлорофилл состоит из двух компонентов, которые получили название а и b, a также (и это для нашего рассказа самое главное) что в центре его порфиринового кольца заключён магний.

Вообще-то говоря, типов хлорофилла несколько, и они находятся в растительных клетках в специальных органеллах, или пластидах — хлоропластах. У бактерий, способных осуществлять фотосинтез, хлорофилл заключён в хроматофорах. У растений и у водорослей обычно встречается два типа хлорофилла — а и Ь. Впрочем, у диатомовых и бурых водорослей обнаружен вместо хлорофилла а хлорофилл с, а у красных водорослей — хлорофилл d.

Хлорофилл же, заключённый в фотосинтезирующих бактериях, не мудрствуя лукаво, назвали бактериохлорофиллом. Все эти виды зелёных пигментов отличаются друг от друга незначительными деталями, которые для нас не играют роли. На рис. 9 показано, как выглядит молекула хлорофилла а.

Длинный хвост, присоединённый к магний-порфириновому комплексу, это углеродная фитольная цепь, позволяющая молекуле связываться с жироподобными вещёствами.

Разный уровень общественного развития

Разный уровень общественного развития Не все муравьи находятся на одинаковом уровне общественной жизни. Наряду с теми, у которых общество развито и им управляют сложные законы, есть виды муравьев как бы остановившиеся в своей эволюции, отсталые. Таковы муравьи

Разные типы земледелия дают разный общественный результат

Разные типы земледелия дают разный общественный результат Из перечисленных выше четырех исходных типов земледелия первый и последний не имеют препятствий для индивидуального владения землей. Изолированные от нападений извне группы в таких условиях могли легко

ХЛОРОФИЛЛЫ

ХЛОРОФИЛЛЫ (от греч. chloros - зеленый и phyllon -лист), прир. макрогетероциклич. пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза; относятся к металлопорфиринам (см. Порфирины).
Зеленая окраска растений обусловлена присутствием хлорофиллов, локализованных во внутриклеточных органеллах (хлоропластах или хроматофорах) в виде пептидных комплексов.
Формально хлорофиллы представляют собой производные порфина, молекулы к-рых содержат циклопентаноновое кольцо, конденсированное с порфириновым макроциклом, центральный атом Mg и разл. заместители; одно или два пиррольных цикла в молекулах частично гидрированы, см., напр., ф-лу I. В пиррольном кольце D молекул хлорофиллов к остатку пропионовой к-ты обычно присоединены остатки высокомол. изопреноидных спиртов, к-рые придают хлорофиллам способность встраиваться в липидные слои мембран хлоропластов. Для хлорофиллов, как и для порфиринов, используется номенклатура ИЮПАК или Фишера.

Хлорофилл b: R 1 = СН = СН₂, R 2 = СНО, R 3 = C₂H₅, R 4 = CH₂CH₂C(O)Y

Из бурых и диатомовых водорослей выделены хлорофиллы а и с, из красных морских водорослей - хлорофиллы а и d.
Х лорофиллы группы с (c₁, с₂ и c₃, ф-ла II) в отличие от др. хлорофиллов содержат негидрированный порфириновый макроцикл и остаток неэтерифицированной акриловой к-ты. Находясь в морских водорослях в виде белковых комплексов, хлорофиллы этой группы выполняют в фотосинтезе роль светособирающих антенн.
В большинстве фотосинтезирующих бактерий обнаружены бактериохлорофиллы (БХ), отличающиеся от хлорофилла а типом макроцикла и замещающими группами в цикле. Они имеют несколько модификаций: так, из пурпурных бактерий выделены БХ а и b, из зеленых бактерий - БХ а, с, d и е, из серных бактерий - БХ с, d и е; обнаружены также фотосинтезирующие бактерии, содержащие БХ g.

Хлорофилл c₁: R l = CH₃, R 2 = C₂H₅ Хлорофилл с₂: R 1 = CH₃, R 2 = CH = CH₂ Хлорофилл с₃: R 1 = СООСН₃, R 2 =CH=CH₂
В основе БХ a, b и g (т. наз. собственно БХ; ф-ла III) лежит тетрагидропорфириновый макроцикл, содержащий в качестве эфирных групп (Y) остатки фитола, геранилгераниола (СН₃)₂С = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СНСН₂ОН и 2,10-фитадиенола (СНO₂СН(СН₂)₃С(СН₃) = СН(СН₂)₂СН(СН₃)(СН₂)₃С(СН₃) = СНСН₂ОН - для БХ а и b; БХ g содержит остатки фарнезола
(СН₃)₂С = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СНСН₂ОН и геранилгераниола. При выделении из ацетона или метанола (особенно в присут. оснований) БХ а и b эпимеризуются по атому С-13 2 с образованием эпимеров БХ а' и b'.

Бактериохлорофилл a: R 1 = СОСН₃, R 2 = СН₃, R 3 = С₂Н₅, R 4 = CH₂CH₂C(0)Y, R 5 = Н

Бактериохлорофилл b: R 1 = СОСН₃, R 2 = СН₃, R 3 + R 5 = (=СНСН₃), R 4 = CH₂CH₂C(O)Y

Бактериохлорофилл g: R 1 = СН = СН₂, R 2 = CH₃, R 3 + R 5 = (= CHCH₃), R 4 = CH₂CH₂C(O)Y

Для БХ с, d и е (ф-ла IV), первоначально называемых хлоробиум-хлорофиллами, характерно наличие дигидропорфиринового макроцикла, a -гидроксиэтильной группы в положении 3 и разл. алкильных (от С₁ до С₅) заместителей в положении 8; эфирные группы (Y) - остатки 2,6-фитадиенола (СН₃)₂СН(СН₂)₃СН(СН₃)(СН₂)₃С(СН₃) = СН(СН₂)₂С(СН₃) = СНСН₂ОН и 2,16,20-фитатриенола (CH₃)₂C = СН(СН₂)₂С(CH₃) = СН(СН₂)₂СН(СH₃)(СН₂)₃ -С(СН₃) = СНСН₂ОН.
Х лорофиллы- высокоплавкие интенсивно окрашенные кристаллы от зеленого до темно-красного и черного цветов; т. пл. хлорофилла а 117-121 °С, хлорофилла b - 124-125 °С; т. разл. многих хлорофиллов более 300 °С. Хлорофиллы хорошо раств. гл. обр. в полярных орг. р-рителях (ДМСО, ДМФА, ацетон, спирты, диэтиловый эфир), плохо -в петролейном эфире, не раств. в воде. В УФ спектрах для многих хлорофиллов характерно наличие

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХЛОРОФИЛЛОВ И БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛОВ

Электронный спектр, x 10 -3 или отношение интенсивностей к основному пику)

Хлорофилл: характеристика, строение, расположение, виды

В хлорофилл это биологический пигмент, который указывает на то, что это молекула, способная поглощать свет. Эта молекула поглощает волны с длиной волны, соответствующей фиолетовому, синему и красному цветам, и отражает свет зеленого цвета. Следовательно, присутствие 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.

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

Основная функция хлорофилла - улавливать свет, который будет использоваться для фотосинтетических реакций. Существуют разные типы хлорофилла, наиболее распространенным из которых является чтобы - которые немного различаются 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 преувеличенным и предполагалось, что атом железа также находится в центре молекулы хлорофилла. Позже было подтверждено присутствие магния в качестве центрального атома.

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

Пигменты

Что такое свет

Ключевым моментом для фотосинтезирующих живых организмов, чтобы иметь возможность использовать световую энергию, является ее поглощение. Молекулы, выполняющие эту функцию, называются пигменты и они 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 в 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 поглощается, проходит или отражается.

Почему хлорофилл зеленый?

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 является одним 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 длины волны 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 энергию света 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 различаются только типами и расположением групп заместителей в тетрапиррольном кольце.

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

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

Если хлорофилл подвергается тепловой обработке, 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.

Место расположения

Хлорофилл - один из наиболее широко распространенных природных пигментов, и мы находим его 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 - закономерность, наблюдаемая 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 хлорофиллом А, и в линии растений пигмент заряжается непосредственно в процессе фотосинтеза и превращает световую энергию в химическую.

Хлорофилл b

Второй тип хлорофилла - это b, он также присутствует в растениях. Структурно он отличается от хлорофилла а, поскольку последний имеет метильную группу при углероде 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 состоит 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

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 протистических организмах, а также в цианобактериях.

Хлорофилл в бактериях

Есть ряд бактерий, способных к фотосинтезу. В этих организмах есть хлорофиллы, вместе называемые бактериохлорофиллами, 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 предковая молекула хлорофилла, вероятно, 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.

Разный, разный хлорофилл

Читайте также: