Chlorofilo formulė ir jos vaidmuo fotosintezės procese

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Kodėl žolė, taip pat medžių ir krūmų lapai žali? Viskas apie chlorofilą. Galite pasiimti tvirtą žinių virvę ir užmegzti su juo stiprią pažintį.

Istorija

Paimkime trumpą ekskursiją į palyginti netolimą praeitį. Josephas Bieneme'as Cavantou ir Pierre'as Josephas Pelletier yra tie, kuriems reikia paspausti ranką. Mokslininkai bandė atskirti žalią pigmentą nuo įvairių augalų lapų. 1817 m. pastangas vainikavo sėkmė.

Pigmentas buvo pavadintas chlorofilu. Iš graikų chloros, žalias ir phyllon, lapas. Nepriklausomai nuo to, kas išdėstyta pirmiau, XX amžiaus pradžioje Michailas Cvetas ir Richardas Wilstetteris priėjo prie išvados, kad chlorofilas turi keletą komponentų.

Paraitojęs rankoves Willsteteris ėmėsi darbo. Išgryninimas ir kristalizacija atskleidė du komponentus. Jie buvo tiesiog vadinami alfa ir beta (a ir b). Už darbą šios medžiagos tyrimų srityje 1915 m. jis buvo iškilmingai apdovanotas Nobelio premija.

1940 m. Hansas Fischeris pasiūlė pasauliui galutinę chlorofilo „a“struktūrą. Sintezės karalius Robertas Burnsas Woodwardas ir keli mokslininkai iš Amerikos 1960 m. gavo nenatūralų chlorofilą. Taip atsivėrė paslapties šydas – atsirado chlorofilas.

Cheminėsavybės

Chlorofilo formulė, nustatyta pagal eksperimentinius rodiklius, atrodo taip: C₅₅H₇₂O_5N4_{Mg. Dizainas apima organinę dikarboksirūgštį (chlorofiliną), taip pat metilo ir fitolio alkoholius. Chlorofilinas yra organometalinis junginys, giminingas magnio porfirinams ir turintis azoto.}

COOH

MgN₄OH₃₀C₃₂

COOH

Chlorofilas įtrauktas į esterių sąrašą dėl to, kad likusios metilo alkoholio dalys yra CH₃OH ir fitolis C₂₀H ₃₉OH pakeitė karboksilo grupių vandenilį.

Aukščiau pateikta chlorofilo alfa struktūrinė formulė. Atidžiai pažvelgę į tai matote, kad beta-chlorofilas turi vienu deguonies atomu daugiau, bet dviem mažiau vandenilio atomais (CHO grupė vietoj CH₃). Taigi alfa-chlorofilo molekulinė masė yra mažesnė nei beta.

Mums dominančios medžiagos dalelės viduryje nusėdo magnis. Jis jungiasi su 4 pirolio darinių azoto atomais. Pirolio ryšiuose galima pastebėti elementariųjų ir kintamų dvigubų ryšių sistemą.

Chromoforo susidarymas, kuris sėkmingai įsilieja į chlorofilo sudėtį – tai N. Tai leidžia sugerti atskirus saulės spektro spindulius ir jos spalvą, nepaisant to, kad dieną saulė dega kaip liepsna, o vakare atrodo kaip smilkstančios anglys.

Pereikime prie dydžio. Porfirino šerdies skersmuo yra 10 nm, fitolio fragmentas pasirodė 2 nm ilgio. Branduolys chlorofilas yra 0,25 nm, tarppirolio azoto grupių mikrodalelės.

Norėčiau pastebėti, kad magnio atomas, kuris yra chlorofilo dalis, yra tik 0,24 nm skersmens ir beveik visiškai užpildo laisvą erdvę tarp azoto pirolių grupių atomų, o tai padeda kad molekulė būtų stipresnė.

Galima daryti išvadą, kad chlorofilas (a ir b) susideda iš dviejų komponentų, paprastai vadinamų alfa ir beta.

Chlorofilas a

Santykinė molekulės masė yra 893,52. Atskirtoje vietoje susidaro juodos spalvos mikrokristalai su mėlynu atspalviu. 117-120 laipsnių Celsijaus temperatūroje jie ištirpsta ir virsta skysčiu.

Tie patys chloroformai, acetone ir benzenai lengvai tirpsta etanolyje. Rezultatai įgauna mėlynai žalią spalvą ir turi išskirtinę savybę – sodrią raudoną fluorescenciją. Blogai tirpsta petroleteryje. Vandenyje jie visai nežydi.

Chlorofilo alfa formulė: C₅₅H₇₂O₅N ₄Mg. Pagal savo cheminę struktūrą medžiaga priskiriama chlorui. Žiede fitolis yra prijungtas prie propiono rūgšties, būtent prie jos likučio.

Kai kurie augalų organizmai vietoj chlorofilo a sudaro jo analogą. Čia etilo grupė (-CH₂-CH₃) II pirolio žiede buvo pakeista vinilo (-CH=CH) _{2). Tokioje molekulėje yra pirmoji vinilo grupė pirmame žiede, antroji – antrame.}

Chlorofilas b

Chlorofilo-beta formulė yra tokia: C₅₅H₇₀O₆N ₄Mg. Medžiagos molekulinė masėyra 903. Prie anglies atomo C₃ pirolio žiede du, yra šiek tiek alkoholio, kuriame nėra vandenilio –H-C=O, kuris yra geltonos spalvos. Tai skiriasi nuo chlorofilo a.

Drįstame pastebėti, kad kelių tipų chlorofilai yra specialiose nuolatinėse ląstelės dalyse, kurios yra gyvybiškai svarbios tolesniam jos egzistavimui, plastiduose-chloroplastuose.

Chlorofilai c ir d

Chlorofilas c. Dėl klasikinio porfirino šis pigmentas skiriasi.

Raudondumbliuose chlorofilas d. Kai kurie abejoja jo egzistavimu. Manoma, kad tai tik chlorofilo a degeneracijos produktas. Šiuo metu galime drąsiai teigti, kad chlorofilas su raide d yra pagrindinis kai kurių fotosintetinių prokariotų dažiklis.

Chlorofilo savybės

Po ilgų tyrimų paaiškėjo, kad augale esančio ir iš jo išgaunamo chlorofilo savybės skiriasi. Chlorofilas augaluose yra susijęs su b altymais. Tai liudija šie pastebėjimai:

1. Chlorofilo sugerties spektras lapuose skiriasi nuo ekstrahuoto.
2. Nerealu gauti aprašymo temą iš džiovintų augalų su grynu alkoholiu. Ekstrahavimas vyksta saugiai su gerai sudrėkintais lapais arba į alkoholį reikia įpilti vandens. Būtent ji suskaido su chlorofilu susijusį b altymą.
3. Iš augalų lapų ištraukta medžiaga greitai sunaikinamadeguonies, koncentruotos rūgšties, šviesos spindulių įtaka.

Tačiau augaluose esantis chlorofilas yra atsparus visiems aukščiau išvardintiems veiksniams.

Chloroplastai

Chlorofilo augaluose yra 1 % sausųjų medžiagų. Jį galima rasti specialiose ląstelių organelėse – plastidėse, o tai rodo netolygų jo pasiskirstymą augale. Žalios spalvos ląstelių plastidės, kuriose yra chlorofilo, vadinamos chloroplastais.

H₂O kiekis chloroplastuose svyruoja nuo 58 iki 75%, sausosios medžiagos kiekį sudaro b altymai, lipidai, chlorofilas ir karotenoidai.

Chlorofilo funkcijos

Mokslininkai atrado nuostabų chlorofilo ir hemoglobino molekulių, pagrindinės žmogaus kraujo kvėpavimo sistemos sudedamosios dalies, išsidėstymo panašumą. Skirtumas tas, kad žnyplės sandūroje viduryje magnis yra augalinės kilmės pigmente, o geležis – hemoglobine.

Fotosintezės metu planetos augmenija sugeria anglies dioksidą ir išskiria deguonį. Čia yra dar viena puiki chlorofilo funkcija. Pagal aktyvumą jį galima palyginti su hemoglobinu, tačiau poveikis žmogaus organizmui yra šiek tiek didesnis.

Chlorofilas yra augalinis pigmentas, jautrus šviesai ir padengtas žalia spalva. Toliau vyksta fotosintezė, kurios metu jos mikrodalelės augalų ląstelių sugeriamą saulės energiją paverčia chemine energija.

Galima daryti tokias išvadas, kad fotosintezė yra procesassaulės energijos konvertavimas. Jei pasitikite šiuolaikine informacija, pastebėta, kad organinių medžiagų sintezė iš anglies dioksido dujų ir vandens naudojant šviesos energiją suskaidoma į tris etapus.

1 etapas

Ši fazė atliekama fotocheminio vandens skaidymo procese, naudojant chlorofilą. Išsiskiria molekulinis deguonis.

2 etapas

Čia yra keletas redokso reakcijų. Jie naudojasi aktyvia citochromų ir kitų elektronų nešėjų pagalba. Reakcija vyksta dėl šviesos energijos, kurią elektronai perkelia iš vandens į NADPH ir susidaro ATP. Čia saugoma šviesos energija.

3 etapas

Jau susidarę NADPH ir ATP naudojami anglies dioksidui paversti angliavandeniais. Sugerta šviesos energija dalyvauja 1 ir 2 pakopų reakcijose. Paskutinės, trečiosios reakcijos vyksta nedalyvaujant šviesai ir vadinamos tamsiomis.

Fotosintezė yra vienintelis biologinis procesas, vykstantis didėjant laisvai energijai. Tiesiogiai arba netiesiogiai teikia dvikojus, sparnuotus, besparnius, keturkojus ir kitus žemėje gyvenančius organizmus chemijos pramonėje.

Hemoglobinas ir chlorofilas

Hemoglobino ir chlorofilo molekulės turi sudėtingą, bet kartu panašią atominę struktūrą. Dažnas jų struktūroje yra profinas – mažų žiedelių žiedas. Skirtumas matomas procesuose, prijungtuose prie profino ir viduje esančių atomų: geležies atomas (Fe) hemoglobine, chlorofilasmagnis (Mg).

Chlorofilas ir hemoglobinas yra panašios struktūros, tačiau sudaro skirtingas b altymų struktūras. Aplink magnio atomą susidaro chlorofilas, o apie geležį – hemoglobinas. Jei paimsite skysto chlorofilo molekulę ir atjungsite fitolio uodegą (20 anglies grandinė), pakeisite magnio atomą į geležį, tada žalia pigmento spalva taps raudona. Rezultatas – baigta hemoglobino molekulė.

Dėl tokio panašumo chlorofilas lengvai ir greitai pasisavinamas. Gerai palaiko organizmą deguonies bado metu. Jis prisotina kraują reikalingais mikroelementais, iš čia geriau perneša į ląsteles svarbiausias gyvybei medžiagas. Laiku išsiskiria atliekos, toksinai, atliekos, susidarančios dėl natūralios medžiagų apykaitos. Turi poveikį miegantiems leukocitams, juos pažadindamas.

Aprašytas herojus be baimės ir priekaištų saugo, stiprina ląstelių membranas, padeda atsistatyti jungiamojo audinio. Chlorofilo privalumai yra greitas opų, įvairių žaizdų ir erozijų gijimas. Pagerina imuninę funkciją, išryškina gebėjimą sustabdyti patologinius DNR molekulių sutrikimus.

Teigiama tendencija gydant infekcines ir peršalimo ligas. Tai ne visas nagrinėjamos medžiagos gerų darbų sąrašas.