CHLOROFYL: VLASTNOSTI, STRUKTURA, UMÍSTĚNÍ, TYPY - BIOLOGIE

Chlorofyl je biologický pigment, což naznačuje, že to je molekula schopná absorbovat světlo. Tato molekula absorbuje vlnovou délku odpovídající fialové, modré a červené barvě a odráží světlo zelené barvy. Proto je přítomnost chlorofylu zodpovědná za zelenou barvu rostlin.

Jeho struktura se skládá z porfyrinového kruhu se středem hořčíku a hydrofobním ocasem, nazývaným fytol. Je nutné zdůraznit strukturní podobnost chlorofylu s molekulou hemoglobinu.

Molekula chlorofylu je zodpovědná za zelenou barvu rostlin. Zdroj: pixabay.com

Chlorofyl se nachází v tylakoidech, membránové struktury se nacházejí uvnitř chloroplastů. Chloroplasty jsou hojné v listech a jiných strukturách rostlin.

Hlavní funkcí chlorofylu je zachytit světlo, které bude použito k řízení fotosyntetických reakcí. Existují různé typy chlorofylu - nejčastější je -, které se mírně liší ve struktuře a absorpčním vrcholu, aby se zvýšilo množství absorbovaného slunečního světla.

Historická perspektiva

Studie molekuly chlorofylu sahá až do roku 1818, kdy byla poprvé popsána vědci Pelletierem a Caventouem, kteří vytvořili název „chlorofyl“. Později, v roce 1838, začaly chemické studie molekuly.

V 1851 Verdeil navrhl strukturální podobnosti mezi chlorofylem a hemoglobinem. V té době byla tato podobnost zveličena a předpokládalo se, že atom železa byl také umístěn ve středu molekuly chlorofylu. Později byla přítomnost hořčíku potvrzena jako centrální atom.

Různé typy chlorofylu byly objeveny v roce 1882 Borodinem pomocí důkazů poskytnutých mikroskopem.

Pigmenty

Chlorofyl pozorovaný pod mikroskopem. Kristian Peters - Fabelfroh

Co je světlo

Klíčovým bodem pro schopnost fotosyntetických živých organismů používat světelnou energii je jejich absorpce. Molekuly, které vykonávají tuto funkci, se nazývají pigmenty a jsou přítomny v rostlinách a řasách.

Pro lepší pochopení těchto reakcí je nutné znát určité aspekty související s povahou světla.

Světlo je definováno jako druh elektromagnetického záření, forma energie. Toto záření je chápáno jako vlna a částice. Jednou z charakteristik elektromagnetického záření je vlnová délka, vyjádřená jako vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími hřebeny.

Lidské oko může vnímat vlnovou délku v rozsahu od 400 do 710 nanometrů (nm = 10 - ⁹ m). Krátké vlnové délky jsou spojeny s větším množstvím energie. Sluneční světlo zahrnuje bílé světlo, které se skládá ze všech vlnových délek ve viditelné části.

Pokud jde o povahu částice, fyzici popisují fotony jako diskrétní pakety energie. Každá z těchto částic má charakteristickou vlnovou délku a úroveň energie.

Když foton zasáhne objekt, mohou nastat tři věci: být absorbován, přenášen nebo odrážen.

Proč je chlorofyl zelený?

Rostliny jsou vnímány jako zelené, protože chlorofyl hlavně absorbuje modré a červené vlnové délky a odráží zelenou. Nefronus

Ne všechny pigmenty se chovají stejným způsobem. Absorpce světla je jev, který se může objevit při různých vlnových délkách a každý pigment má zvláštní absorpční spektrum.

Absorbovaná vlnová délka určí barvu, při které budeme pigment vizualizovat. Například, pokud absorbuje světlo ve všech jeho délkách, uvidíme pigment úplně černý. Ty, které neabsorbují všechny délky, odrážejí zbytek.

V případě chlorofylu absorbuje vlnové délky odpovídající barvě fialové, modré a červené a odráží zelené světlo. To je pigment, který rostlinám dodává jejich charakteristickou zelenou barvu.

Chlorofyl není v přírodě jediným pigmentem

Ačkoli chlorofyl je jedním z nejznámějších pigmentů, existují i jiné skupiny biologických pigmentů, jako jsou karotenoidy, které mají načervenalé nebo oranžové tóny. Proto absorbují světlo s jinou vlnovou délkou než chlorofyl, což slouží jako síto pro přenos energie k chlorofylu.

Některé karotenoidy mají navíc fotoprotektivní funkce: absorbují a rozptylují světelnou energii, která by mohla poškodit chlorofyl; nebo reagovat s kyslíkem a vytvářet oxidační molekuly, které by mohly poškodit buněčné struktury.

Vlastnosti a struktura

Chlorofyly jsou biologické pigmenty, které jsou pro lidské oko vnímány jako zelené a které se účastní fotosyntézy. Najdeme je v rostlinách a jiných organismech se schopností přeměnit světelnou energii na chemickou energii.

Chemicky chlorofyly jsou porfyriny hořčíku. Jsou velmi podobné molekule hemoglobinu, která je zodpovědná za transport kyslíku v naší krvi. Obě molekuly se liší pouze typem a umístěním substituentových skupin na tetrapyrrolickém kruhu.

Kovem porfyrinového kruhu v hemoglobinu je železo, zatímco v chlorofylu je to hořčík.

Chlorofylový postranní řetězec je přirozeně hydrofobní nebo nepolární a skládá se ze čtyř isoprenoidových jednotek, které se nazývají fytol. To je esterifikováno na skupinu kyseliny propioové v kruhu číslo čtyři.

Pokud je chlorofyl podroben tepelnému zpracování, má roztok kyselé pH, což vede k eliminaci atomu hořčíku ze středu kruhu. Pokud zahřívání přetrvává nebo roztok sníží své pH ještě více, fytol skončí hydrolýzou.

Umístění

Chlorofyl je jedním z nejrozšířenějších přírodních pigmentů a nachází se v různých liniích fotosyntetického života. Ve struktuře rostlin ji nalézáme hlavně v listech a dalších zelených strukturách.

Pokud půjdeme do mikroskopického pohledu, chlorofyl se nachází uvnitř buněk, konkrétně v chloroplastech. Na druhé straně uvnitř chloroplastů jsou struktury tvořené dvojitými membránami zvanými thylakoidy, které uvnitř obsahují chlorofyl - spolu s dalšími množstvími lipidů a proteinů.

Thylakoidy jsou struktury, které se podobají několika skládaným diskům nebo mincím, a toto velmi kompaktní uspořádání je naprosto nezbytné pro fotosyntetickou funkci molekul chlorofylu.

V prokaryotických organismech, které provádějí fotosyntézu, neexistují žádné chloroplasty. Z tohoto důvodu jsou tylakoidy, které obsahují fotosyntetické pigmenty, pozorovány jako součást buněčné membrány, izolované uvnitř buněčné cytoplazmy, nebo vytvářejí strukturu ve vnitřní membráně - vzor pozorovaný u cyanobakterií.

Typy

Chlorofyl a

Existuje několik typů chlorofylů, které se mírně liší molekulární strukturou a jejich distribucí ve fotosyntetických liniích. To znamená, že některé organismy obsahují určité typy chlorofylu a jiné ne.

Hlavním typem chlorofylu se nazývá chlorofyl a, a v rostlinné linii pigmentu nabitý přímo ve fotosyntetickém procesu a přeměňuje světelnou energii na chemii.

B. Chlorofyl

Druhým typem chlorofylu je ba je také přítomen v rostlinách. Strukturálně se liší od chlorofylu a, protože má methylovou skupinu na uhlíku 3 kruhu číslo II a typ b obsahuje formyl skupinu v této poloze.

Považuje se za pomocný pigment a díky strukturálním rozdílům mají mírně odlišné absorpční spektrum než varianta a. V důsledku této vlastnosti se liší svou barvou: chlorofyl a je modrozelený ab je žlutozelený.

Myšlenka těchto diferenciálních spekter je taková, že se obě molekuly navzájem doplňují v absorpci světla a dokážou zvýšit množství světelné energie, která vstupuje do fotosyntetického systému (takže absorpční spektrum je rozšířeno).

Chlorofyl c a d

Chlorofyl d

Existuje třetí typ chlorofylu c, který najdeme u hnědých řas, rozsivek a dinoflagelátů. V případě řas kyanofytů vykazují pouze chlorofyl typu. A konečně, chlorofyl d se nachází v některých protistických organismech a také v sinicích.

Chlorofyl v bakteriích

Existuje řada bakterií se schopností fotosyntézy. V těchto organismech jsou chlorofyly známé společně jako bakteriochlorofyly a podobně jako chlorofyly eukaryot jsou klasifikovány podle písmen: a, b, c, d, e a g.

Historicky byla použita myšlenka, že molekula chlorofylu se objevila jako první v průběhu evoluce. Dnes se díky sekvenční analýze navrhuje, že pravděpodobně byla molekula chlorofylu předků podobná bakteriochlorofylu.

Funkce

Molekula chlorofylu je klíčovým prvkem fotosyntetických organismů, protože je zodpovědná za absorpci světla.

Ve strojích nezbytných k provedení fotosyntézy je složka zvaná fotosystém. Existují dvě a každá z nich je tvořena „anténou“ pověřenou shromažďováním světla a reakčním střediskem, kde najdeme typ chlorofylu.

Fotosystémy se liší hlavně v absorpčním píku molekuly chlorofylu: fotosystém I má pík při 700 nm a II při 680 nm.

Tímto způsobem se chlorofylu daří plnit svou roli při zachycování světla, které se díky složité enzymatické baterii přemění na chemickou energii uloženou v molekulách, jako jsou uhlohydráty.

Reference

Beck, CB (2010). Úvod do struktury a vývoje rostlin: anatomie rostlin pro 21. století. Cambridge University Press.
Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
Blankenship, RE (2010). Časný vývoj fotosyntézy. Plant Physiology, 154 (2), 434–438.
Campbell, NA (2001). Biologie: Koncepty a vztahy. Pearsonovo vzdělávání.
Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Buňka: Molekulární přístup. Medicinska naklada.
Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka k biologii. Panamerican Medical Ed.
Hohmann-Marriott, MF, & Blankenship, RE (2011). Vývoj fotosyntézy. Roční přehled rostlinné biologie, 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). Biochemie: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
Lockhart, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). Vývoj chlorofylu a bakteriochlorofylu: problém invariantních míst v sekvenční analýze. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 93 (5), 1930–1934. doi: 10,1073 / pnas.93.5.1930
Palade, GE a Rosen, WG (1986). Buněčná biologie: základní výzkum a aplikace. Národní akademie.
Posada, JOS (2005). Základy pro založení pastvin a pícnin. Antioquia University.
Raven, PH, Evert, RF, a Eichhorn, SE (1992). Plant Biology (Vol. 2). Obrátil jsem se.
Sadava, D., a Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.
Sousa, FL, Shavit-Grievink, L., Allen, JF a Martin, WF (2013). Evoluce genu pro biosyntézu chlorofylu naznačuje zdvojení genu fotosystému, nikoliv sloučení fotosystému, na počátku kyslíkové fotosyntézy. Biologie a vývoj genomu, 5 (1), 200–216. doi: 10,1093 / gbe / evs127
Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fyziologie rostlin. Univerzita Jaume I.
Xiong J. (2006). Fotosyntéza: jaká barva byla původem? Biologie genomu, 7 (12), 245. doi: 10,186 / gb-2006-7-12-245

CHLOROFYL: VLASTNOSTI, STRUKTURA, UMÍSTĚNÍ, TYPY - BIOLOGIE - 2025