Химические свойства хлорофилла кратко
Обновлено: 02.07.2024
Возможность экстракции зеленых пигментов листьев спиртом была известна уже французскому ученому Ж. Сенебье в 1782—1800 гг. В 1817 г. французские химики П. Пельтье и Ж. Кованту назвали зеленый спиртовой раствор смеси растительных пигментов хлорофиллом. Экспериментальные доказательства того, что поглощенный хлорофиллом свет приводит к фотосинтезу, были получены в параллельных исследованиях российского ученого К. А. Тимирязева и немецкого ученого Н. Мюллера в 1872—1876 гг.
Содержание
Вложенные файлы: 1 файл
Курсовая. Балахнова..doc
Кафедра фармацевтической химии
Балахнова Екатерина Андреевна
Хлорофилл. Характеристика. Физические и химические свойства. Применение в медицине.
Студентка IV курса
Руководитель, зав. кафедрой,
- Введение…………………………………………………….3
- Характеристика………………………………………… . 5
- Свойства…………………………………………………….8
- Физические свойства………………………………. 8
- Химические свойства…………………………………10
Возможность экстракции зеленых пигментов листьев спиртом была известна уже французскому ученому Ж. Сенебье в 1782—1800 гг. В 1817 г. французские химики П. Пельтье и Ж. Кованту назвали зеленый спиртовой раствор смеси растительных пигментов хлорофиллом. Экспериментальные доказательства того, что поглощенный хлорофиллом свет приводит к фотосинтезу, были получены в параллельных исследованиях российского ученого К. А. Тимирязева и немецкого ученого Н. Мюллера в 1872—1876 гг. Это представление стало общепринятым после работ немецкого ученого Рейнке (1884—1885 гг.). Многие исследователи пытались найти способы очистки зеленых пигментов и определения их химической структуры. В частности, российский ботаник И. П. Бородин в 1882 описал получение производного хлорофилла — кристаллического этилхлорофиллида при действии этанола на листья. Эти исследования были подтверждены и продолжены российским исследователем Н. А. Монтеверде в 1893. Задача выделения чистых зеленых пигментов была решена в 1906—1908 гг. российским ученым М. С. Цветом с помощью разработанного им хроматографического метода. Цвет показал, что зеленый пигмент растений является смесью двух пигментов, названных позже хлорофиллами а и b.
Химическую структуру хлорофилла а выяснили немецкие ученые Р. Вильштеттер, А. Штоль и Х. Фишер. Фишер начал работы по химическому синтезу хлорофилла, а полный синтез хлорофилла был выполнен американским химиком Р. Вудвордом в 1960.
Способность хлорофиллов in vitro к обратимому переносу электрона под действием света была экспериментально установлена в работах российского ученого А. А. Красновского в 1948—1950 гг. и последующих работах его школы. Обратимые фотопревращения хлорофилла в фотосинтезирующих клетках были первоначально обнаружены голландскими исследователями Л. М. Н. Дейзенсом (1952) на примере бактериохлорофилла пурпурных бактерий и затем Б. Коком на хлорофилле хлоропластов (1956—1957 гг.).
Эти работы послужили основой для понимания функции хлорофилла в фотосинтетическом аппарате.
Хлорофилл (от греч. chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, т. е. превращают солнечную энергию в энергию химических связей органических соединений. Содержится и в фотосинтезирующих организмах других видов — водорослях и бактериях. С точки зрения химического строения хлорофилл неоднороден. Существуют различные типы хлорофиллов. Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение — порфирин, содержащий центральный атом Mg и многоатомный гидрофобный спиртовый остаток.
Основу хлорофилла составляет макроцикл, содержащий четыре пиррольных кольца и ион Mg 2+ в центре. В боковых цепях присутствуют углеводородные радикалы разной длины и насыщенности и кислородсодержащие функциональные группы. Существует 5 видов хлорофиллов — a, b, c1, c2, d, которые отличаются типом боковых цепей. В растениях содержатся только хлорофиллы a и b, включающие длинную углеводородную фитильную цепь.
Хлорофилл — главная структурная единица фотосинтетических светособираю щих устройств (антенн) зеленых растений, которые представляют собой наноразмерные супрамолекулярные комплексы, содержащие до нескольких сот пигментов, находящихся в белковом окружении. Основные функции хлорофилла — поглощение света, превращение световой энергии в электронную и передача ее посредством ван-дер-ваальсового (диполь-дипольного) взаимодействия соседним молекулам. По цепи хлорофиллов электронная энергия передается к реакционному центру фотосинтеза, где используется для пространственного разделения заряда и последующих окислительно-восстановительных реакций. Хлорофиллы также входят в состав реакционных центров зеленых растений, где играют роль первичных доноров электронов.
В растениях хлорофиллы в составе антенн и реакционных центров расположен ы в фотосинтетических мембранах, где пространственно закрепляются в определенных местах с помощью фитильных боковых цепей и дополнительного комплексообразования между ионом Mg 2+ и полипептидными цепями белков.
В пурпурных и зеленых бактериях функции хлорофилла выполняют бактериохлорофиллы, у которых, в отличие от хлорофилла, одно или два пиррольных кольца частично гидрированы. Благодаря этому бактериохлорофиллы поглощают свет больших длин волн (и меньшей энергии), чем хлорофиллы.
Рис .1. Структурная формула хлорофиллов a и b.
3.1 Физические свойства
Как уже отмечалось, хлорофилл способен к избирательному поглощению света. Спектр поглощения данного соединения определяется его способностью поглощать свет определенной длины волны (определенного цвета). Для того чтобы получить спектр поглощения, К.А. Тимирязев пропускал луч света через раствор хлорофилла. Часть лучей поглощалась хлорофиллом, и при последующем пропускании через призму в спектре обнаруживались черные полосы. Было показано, что хлорофилл в той же концентрации, как в листе, имеет две основные линии поглощения в красных и сине-фиолетовых лучах. При этом хлорофилл а в растворе имеет максимум поглощения 429 и 660 нм, тогда как хлорофилл b — 453 и 642 нм. Однако необходимо учитывать, что в листе спектры поглощения хлорофилла меняются в зависимости от его состояния, степени агрегации, адсорбции на определенных белках. В настоящее время показано, что есть формы хлорофилла, поглощающие свет с длиной волны 700, 710 и даже 720 нм. Эти формы хлорофилла, поглощающие свет с большой длиной волны, имеют особенно важное значение в процессе фотосинтеза.
Рис. 2. Спектры поглощения хлорофиллов а и b
Хлорофилл обладает способностью к флуоресценции. Флуоресценция представляет собой свечение тел, возбуждаемое освещением и продолжающееся очень короткий промежуток времени (10-8—10-9 с). Свет, испускаемый при флюоресценции, имеет всегда большую длину волны по сравнению с поглощенным. Это связано с тем, что часть поглощенной энергии выделяется в виде тепла. Хлорофилл обладает красной флуоресценцией.
По химическому строению хлорофиллы — сложные эфиры дикарбоновой органической кислоты — хлорофиллина и двух остатков спиртов — фитола и метилового. Эмпирическая формула — C55H72О5N4Mg. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магнийпорфиринам.
В хлорофилле водород карбоксильных групп замещен остатками двух спирит — метилового СН3ОН и фитола С20Н39ОН, поэтому хлорофилл является сложным эфиром. На рисунке дана структурная формула хлорофилла а. Хлорофилл b отличается тем, что содержит на два атома водорода меньше и на один атом кислорода больше (вместо группы СН3 группа СНО). В связи с этим молекулярная масса хлорофилла а — 893 и хлорофилла b — 907.
Рис.3. Строение хлорофилла а (А) и хлорофилла b (Б)
В 1960 г. Г.Б. Вудворд осуществил полный синтез хлорофилла.
Синтез хлорофилла а - одно из замечательных достижений в области органической химии. Полный синтез включает 46 стадий. Его основные этапы представлены схемами 2 и 3.
Первый этап заключается в последовательном синтезе порфирина VII из четырех пирролов-предшественников колец A-D молекулы хлорофилла через два дипирролилметана (схема 2).
Второй этап - превращение порфирина VII в триметиловый эфир хлорина е6 (VIII) с транс-конфигурацией при атомах С-17 и С-18 (так называемая пурпуриновая реакция; схема 3), последняя циклизация которого приводит к хлорофиллу а.
В центре молекулы хлорофилла расположен атом магния, который соединен четырьмя атомами азота пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это N есть хромофорная группа хлорофилла, обусловливающая поглощение определённых лучей солнечного спектра и его окраску. Диаметр порфиринового ядра составляет 10 нм, а длина фитольного остатка — 2 нм. Расстояние между атомами азота пиррольных группировок в ядре хлорофилл составляет 0,25 нм. Интересно, что диаметр атома магния равен 0,24 нм. Таким образом, магний почти полностью заполняет пространство между атомами азота пиррольных группировок. Это придает ядру молекулы хлорофилла дополнительную прочность.
Еще К.А. Тимирязев обратил внимание на близость химического строения двух важнейших пигментов: зеленого — хлорофилла листьев и красного — гемина крови. Действительно, если хлорофилл относится к магнийпорфиринам, то гемин — к железопорфиринам. Сходство это не случайно и служит еще одним доказательством единства всего органического мира. Одной из специфических черт строения хлорофилла является наличие в его молекуле помимо четырех гетероциклов еще одной циклической группировки из пяти углеродных атомов — циклопентанона. В циклопентановом кольце содержится кетогруппа, обладающая большой реакционной способностью. Есть данные, что в результате процесса энолизации по месту этой кетогруппы к молекуле хлорофилла присоединяется вода. Молекула хлорофилла полярна, ее порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольный конец — гидрофобными. Это свойство молекулы хлорофилла обусловливает определенное расположение ее в мембранах хлоропластов. Порфириновая часть молекулы связана с белком, а фитольная цепь погружена в липидный слой.
Извлеченный из листа хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии со щелочью происходит омыление хлорофилла, в результате чего образуются два спирта и щелочная соль кислоты хлорофиллина. В интактном живом листе от хлорофилла может отщепляться фитол под воздействием фермента хлорофиллазы. При взаимодействии со слабой кислотой извлеченный хлорофилл теряет зеленый цвет, образуется соединение феофитин, у которого атом магния в центре молекулы замещен на два атома водорода. Хлорофилл в живой интактной клетке обладает способностью к обратимому фотоокислению и фотовосстановлению. Способность к окислительно-восстановительным реакциям связана с наличием в молекуле хлорофилла сопряженных двойных связей с подвижными л-электронами и атомов азота с неподеленными электронами. Азот пиррольных ядер может окисляться (отдавать электрон) или восстанавливаться (присоединять электрон).
Исследования показали, что свойства хлорофилла, находящегося в листе и извлеченного из листа, различны, так как в листе он находится в комплексном соединении с белком. Это доказывается следующими данными:
1. Спектр поглощения хлорофилла, находящегося в листе, иной по сравнению с извлеченным хлорофиллом.
2. Хлорофилл невозможно извлечь абсолютным спиртом из сухих листьев. Экстракция протекает успешно, только если листья увлажнить или к спирту добавить воды, которая разрушает связь между хлорофиллом и белком.
3. Выделенный из листа хлорофилл легко подвергается разрушению под влиянием самых разнообразных воздействий ( повышенная кислотность, кислород и даже свет).
Между тем в листе хлорофилл достаточно устойчив ко всем перечисленным факторам. Следует отметить, что хотя крупный русский ученый В. Н. Любименко и предлагал этот комплекс назвать хлороглобином, по аналогии с гемоглобином, связь между хлорофиллом и белком иного характера, чем между гемином и белком. Для гемоглобина характерно постоянное соотношение — на 1 молекулу белка приходится 4 молекулы гемина. Между тем соотношение между хлорофиллом и белком различно и претерпевает изменения в зависимости от типа растений, фазы их развития, условий среды (от 3 до 10 молекул хлорофилла на 1 молекулу белка). Связь между молекулами белка и хлорофиллом осуществляется путем нестойких комплексов, образующихся при взаимодействии кислотных групп белковых молекул и азота пиррольных колец. Чем выше содержание дикарбоновых аминокислот в белке, тем лучше идет их комплексирование с хлорофиллом (Т.Н. Годнев). Белки, связанные с хлорофиллом, характеризуются низкой изоэлектрической точкой (3,7—4,9). Молекулярная масса этих белков порядка 68 кДа. Вместе с тем хлорофилл может взаимодействовать и с липидами мембран. Важным свойством молекул хлорофилла является их способность к взаимодействию друг с другом. Переход из мономерной в агрегированную форму возник в результате взаимодействия двух и более молекул при их близком расположении друг к другу. В процессе образования хлорофилла его состояние в живой клетке закономерно меняется. При этом и происходит его агрегация.
Хлорофи́лл (от греч. chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, т. е. превращают солнечную энергию в энергию химических связей органических соединений. Содержится и в фотосинтезирующих организмах других видов — водорослях и бактериях. С точки зрения химического строения хлорофилл неоднороден. Существуют различные типы хлорофиллов. Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение — порфирин, содержащий центральный атом Mg и многоатомный гидрофобный спиртовый остаток.
ХЛОРОФИ́ЛЛ, (от греческого chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. В высших растениях и водорослях хлорофилл локализован в особых клеточных структурах — хлоропластaх и связан с белками и липидами этих структур. Хлоропласты высших растений и зеленых водорослей содержат два типа хлорофиллов, близких по структуре молекул, — хлорофиллы a и b.
Другие фотосинтезирующие водоросли и фотосинтезирующие бактерии имеют иной набор пигментов. Например, бурые и диатомовые водоросли, криптомонады и динофлагелляты содержат хлорофиллы a и c, красные водоросли — хлорофиллы а и d. Следует отметить, что реальность существования хлорофилла d в красных водорослях оспаривается некоторыми исследователями, которые полагают, что он является продуктом деградации хлорофилла а. В настоящее время достоверно установлено, что хлорофилл d — основной пигмент некоторых фотосинтезирующих прокариотов. Среди прокариотов цианобактерии (сине-зеленые водоросли) содержат только хлорофилл a, прохлорофитные бактерии — хлорофиллы a, b или c. Другие бактерии содержат аналоги хлорофилла — бактериохлорофиллы, которые локализованы в хлоросомах и хроматофорах. Известны бактериохлорофиллы а, b, c, d, e и g. Основу молекулы всех хлорофиллов составляет магниевый комплекс порфиринового макроцикла (см. Порфирины), к которому присоединен высокомолекулярный спирт, обладающий гидрофобными свойствами, который придает хлорофиллам способность встраиваться в липидный слой фотосинтетических мембран. Главная роль в улавливании и трансформации солнечной энергии в биосфере принадлежит хлорофиллу a.
Физико-химические свойства
Mолекулярный вес хлорофилла a 893, 52. В изолированном состоянии хлорофилл образует черно-голубые микрокристаллы, которые плавятся с образованием жидкости при 117-120°С. Хлорофилл а легко растворяется в диэтиловом эфире, этаноле, ацетоне, хлороформе, бензоле, пиридине. Растворы хлорофилла а имеют сине-зеленую окраску и обладают сильной красной флуоресценцией. Главные максимумы спектра поглощения разбавленных растворов хлорофилла а в диэтиловом эфире — 429 и 660 нм. По химической струкутре хлорофилл а относится к хлоринам (дигидропорфиринам), так как одно из его пиррольных колец (кольцо IV) гидрировано по С17-С18 связи. В IV пиррольном кольце к остатку пропионовой кислоты присоединен высокомолекулярный спирт фитол. Некоторые растения, вместо или наряду с хлорофиллом a, синтезируют его аналог, в котором этильная группа (—CH2—CH3) во II пиррольном кольце замещена винильной группой (—CH=CH2). Молекула такого хлорофилла имеет две винильных группы, одну в кольце I, другую — в кольце II.
Хлорофилл b отличается от хлорофилла a тем, что боковым заместителем у углеродного атома C3 во II пиррольном кольце вместо метильной является альдегидная группа —Н—С=О. В молекуле хлорофилла с пиррольные кольца не гидрированы, т. е. этот пигмент является классическим порфирином. Хлорофилл d и бактериохлорофидды c, d, e и g также относятся к группе хлоринов, а бактериохлорофиллы а и b-группе бактериохлоринов (тетрагидропорфиринам), так как в их молекулах II и IV пиррольные кольца гидрированы по С7-С8 и С17-С18 связям. Указанные хлорофиллы различаются также структурой боковых заместителей и высокоатомного спирта, присоединенного к тетрапиррольному макроциклу.
По химической структуре хлорофиллы родственны природным комплексам порфиринов, содержащим железо цитохромам, красящему веществу крови — гему, а также простетическим группам некоторых ферментов — пероксидаз и каталазы.
Исторический очерк
Возможность экстракции зеленых пигментов листьев спиртом была известна уже французскому ученому Ж. Сенебье в 1782-1800 гг. В 1817 г. французские химики П. Пельтье и Ж. Кованту назвали зеленый спиртовый раствор смеси растительных пигментов хлорофиллом. Экспериментальные доказательства того, что поглощенный хлорофиллом свет приводит к фотосинтезу, были получены в параллельных исследованиях российского ученого К. А. Тимирязева и немецкого ученого Н. Мюллера в 1872-1876 гг. Это представление стало общепринятым после работ немецкого ученого Рейнке (1884-1885 гг.). Многие исследователи пытались найти способы очистки зеленых пигментов и определения их химической структуры. В частности, российский ботаник И. П. Бородин в 1882 описал получение производного хлорофилла — кристаллического этилхлорофиллида при действии этанола на листья. Эти исследования были подтверждены и продолжены российским исследователем Н. А. Монтеверде в 1893. Задача выделения чистых зеленых пигментов была решена в 1906-1908 гг. российским ученым М. С. Цветом с помощью разработанного им хроматографического метода. Цвет показал, что зеленый пигмент растений является смесью двух пигментов, названных позже хлорофиллами а и b.
Химическую структуру хлорофилла а выяснили немецкие ученые Р. Вильштеттер, А. Штоль (1913) и Х. Фишер (1940). Фишер начал работы по химическому синтезу хлорофилла, а полный синтез хлорофилла был выполнен американским химиком Р. Вудвордом в 1960.
Биосинтез
Биосинтез хлорофилла осуществляется в полиферментных комплексах (так называемых центрах биосинтеза), локализованных, вероятно, в строме хлоропластов. Основной путь биосинтеза хлорофилла определяется конденсацией двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты с образованием порфириногена — производного пиррола, который в результате ряда ферментативных превращений дает соединение, содержащее порфириновое ядро — протопорфирин IX. Из протопорфирина образуется содержащий атом магния протохлорофиллид, являющийся непосредственным предшественником хлорофилла. Путем последующих реакций восстановления и присоединения фитола из протохлорофиллида образуется хлорофилл. Стадия восстановления предшественника осуществляется у высших растений на свету, причем включает две последовательные фотохимические реакции, у низших растений — в темноте. Показано, что существуют два параллельных пути биосинтеза хлорофилла, приводящие к образованию моновинил- и дивинилхлорофиллов a.
Состояние и функция в хлоропластах
Общее содержание хлорофилла в хлоропластах обычно составляет около5% на сухую массу. Более 99% хлорофилла находится в составе светособирающих пигмент-белковых комплексов, которые выполняют функцию антенны, т. е. поглощают солнечную энергию или акцептируют ее от вспомогательных пигментов — каротиноидов или фикобилинов, а затем транспортируют к реакционным центрам (см. Фотосинтез). Менее 1% хлорофилла находится в составе реакционных центров, которые осуществляют запуск цепи фотосинтетического транспорта электронов. У высших растений и водорослей существуют два типа реакционных центров, соответствующих двум фотосистемам хлоропластов (фотосистемы I и фотосистемы II). Реакционные центры ФС I содержат только хлорофилл а, реакционные центры ФС II — хлорофилл а и его безмагниевый аналог — феофитин. Хлорофиллы в и с не входят в состав реакционных центров, выполняя функцию светособирающих антенн. Спектральный анализ показывает, что состояние хлорофилла в фотосинтетическом аппарате существенно отличается от состояния изолированного хлорофилла в растворах из-за пигмент-пигментных и пигмент-белковых взаимодействий. Например, хлорофилл a образует в фотосинтетическом аппарате не менее 10 различных спектральных форм.
Поглощая квант света, изолированная молекула хлорофилла переходит в возбужденное синглетное состояние (время жизни около 5 нс) и затем дезактивируется с испусканием кванта флуоресценции (квантовый выход — 20-40%) или заселением долгоживущего (время жизни 1-3 мс) триплетного состояния (квантовый выход — 40-60%). Возбужденные светом молекулы хлорофилла способны переносить электрон от молекулы донора на молекулу акцептора. В растворах хлорофилла этот процесс происходит, главным образом, за счет активности триплетного состояния, так как время жизни и концентрация триплетных молекул в растворах значительно больше, чем синглетных. В фотосинтетическом аппарате за счет наличия организованной структуры энергия возбуждения хлорофилла антенны эффективно захватывается хлорофиллом реакционных центров. Первичными акцепторами возбуждения служат пигменты P680 в реакционных центрах ФС II и P700 — в реакционных центрах ФС I, которые, по-видимому, являются специально организованными димерами хлорофилла. Возбужденные молекулы этих димеров отдают электрон соответствующим акцепторам, включенным в структуру реакционных центров, и тем самым запускают процесс фотосинтетического транспорта электрона. Скорость захвата энергии возбуждения хлорофиллом реакционных центров и ее трансформации в энергию разделенных зарядов очень велика, и поэтому завершается за очень короткое время — 10-50 пс. Вследствие этого разделение зарядов осуществляется синглетно-возбужденными молекулами хлорофилла, а образование триплетных состояний, как значительно более медленный процесс, подавлено примерно на 2 порядка величины. Однако триплетные молекулы хлорофилла образуются в результате обратной рекомбинации разделенных зарядов в реакционных центрах при их перегрузке, т. е. при отсутствии достаточно быстрого оттока электронов из реакционных центров в электрон-транспортную цепь. Кроме хлорофилла антенны и реакционных центров, существует также свободный хлорофилл, который не включен в процессы фотосинтетического транспорта энергии и заряда и эффективно образует триплетное состояние при фотовозбуждении. Концентрация этого хлорофилла составляет несколько десятых долей процента.
В результате запускаемого хлорофиллом электронного транспорта высшие растения, водоросли, цианобактерии и прохлорофитные бактерии осуществляют фоторазложение воды с выделением в атмосферу газообразного кислорода, образование АТФ и фиксацию СО 2 с образованием углеводов. Таким образом свет, поглощенный хлорофиллом, преобразуется в потенциальную химическую энергию органических продуктов фотосинтеза и молекулярного кислорода.
Применение
Производные хлорофилла используются в медицине и ветеринарии для фотодинамической терапии рака. Эффект основан на том, что при введении этих соединений в кровь больных раком людей или животных пигменты в большей степени накапливаются в раковых опухолях, чем в окружающих тканях. При освещении в аэробных условиях пигменты передают энергию кислороду, переводя его в возбужденное синглетное состояние. Синглетный кислород, обладая высокой реакционной способностью, разрушает липидные и белковые компоненты раковых клеток, приводя к их уничтожению. Описано бактерицидное и антиоксидантное действие хлорофилла, а также применение хлорофилла для окраски мыла, масел, жиров, кремов, алкогольных и безалкогольных напитков, косметики, одеколона, духов, в качестве дезодоранта и в других целях.
Хлорофилл – сложный эфир дикарбоновой кислоты и двух остатков спиртов (метилового, фитола).
![]()
Образование хлорофилла осуществляется в 2 фазы: первая фаза – темновая, во время которой образуется предшественник хлорофилла – протохлорофилл, а вторая – световая, при которой из протохлорофилла на свету образуется хлорофилл. Для образования хлорофилла необходимо наличие железа. При недостатке железа получаются растения, характеризующиеся бледными полосами и слабой зелёной окраской листьев. Образование хлорофилла зависит от температуры. Оптимальная температура для накопления хлорофилла 26-30°С. Как и следовало ожидать, от температуры зависит лишь образование протохлорофилла (темновая фаза). При наличии уже образовавшихся протохлорофиллов процесс зеленения (световая фаза) идёт с одинаковой скоростью независимо от температуры. На скорость образования хлорофилла оказывает влияние содержания воды. Сильное обезвоживание проростков приводит к полному прекращению образования хлорофилла. Особенно чувствительно к обезвоживанию образование протохлорофилла.
Важнейшее значение для образования хлорофилла имеют условия минерального питания. Прежде всего, необходимо достаточное количества железа. При недостатке железа даже листья взрослых растений теряют окраску.
Большое значение для обеспечения синтеза хлорофилла имеет нормальное снабжение растений азотом и магнием, так как оба эти элемента входят в состав хлорофилла. При недостатке меди хлорофилл легко разрушается. Это, по-видимому, связано с тем, что медь способствует образованию устойчивых комплексов между хлорофиллом и соответствующими белками.
Химические свойства хлорофилла.
По химическому составу хлорофилл представляет сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофинилла. Хлорофинилл представляет собой азотосодержащее металлоорганическое соединение, относящееся к магний-порфиринам. В центре молекуле хлорофилла расположен атом магния, который соединён с четырьмя азотами пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлорофилла, обуславливающая его окраску.
1. Благодаря молекуле фитола молекула хлорофилла обладает липофильными свойствами.
2. Растворяется в 96%-ном спирте, ацетоне, бензоле, не растворяется в воде, фитролейном эфире.
3. Голова хлорофилла располагается на той стороне мембраны, которая обращена к водной строме.
Оптические свойства хлорофилла.
Хлорофилл поглощает солнечную энергию и направляет её на химические реакции, которые не могут протекать без энергии, получаемой извне. Раствор хлорофилла в проходящем свете имеет зелёный цвет, но при увеличении толщины слоя или концентрации хлорофилла он приобретает красный цвет.
Хлорофилл поглощает свет не сплошь, а избирательно. При пропускании из семи видимых цветов, которые постепенно переходят друг в друга. При пропускании белого света через призму и раствор хлорофилла на полученном спектре наиболее интенсивное поглощение будет в красных и сине-фиолетовых лучах. Зелёные лучи поглощаются мало, поэтому в тонком слое хлорофилл имеет в проходящем свете зелёный цвет. Однако с увеличением концентрации хлорофилла полосы поглощения расширяются и без поглощения проходит только часть крайних красных.
Спектры поглощения хлорофилла а и b очень близки.
В отражённом свете хлорофилл, кажется вишнёво-красным, так как он излучает поглощённый свет с изменением длины его волны. Это свойство хлорофилла называется флюоресценцией.
Хлорофилл – сложный эфир дикарбоновой кислоты и двух остатков спиртов (метилового, фитола).
![]()
Образование хлорофилла осуществляется в 2 фазы: первая фаза – темновая, во время которой образуется предшественник хлорофилла – протохлорофилл, а вторая – световая, при которой из протохлорофилла на свету образуется хлорофилл. Для образования хлорофилла необходимо наличие железа. При недостатке железа получаются растения, характеризующиеся бледными полосами и слабой зелёной окраской листьев. Образование хлорофилла зависит от температуры. Оптимальная температура для накопления хлорофилла 26-30°С. Как и следовало ожидать, от температуры зависит лишь образование протохлорофилла (темновая фаза). При наличии уже образовавшихся протохлорофиллов процесс зеленения (световая фаза) идёт с одинаковой скоростью независимо от температуры. На скорость образования хлорофилла оказывает влияние содержания воды. Сильное обезвоживание проростков приводит к полному прекращению образования хлорофилла. Особенно чувствительно к обезвоживанию образование протохлорофилла.
![]()
Важнейшее значение для образования хлорофилла имеют условия минерального питания. Прежде всего, необходимо достаточное количества железа. При недостатке железа даже листья взрослых растений теряют окраску.
Большое значение для обеспечения синтеза хлорофилла имеет нормальное снабжение растений азотом и магнием, так как оба эти элемента входят в состав хлорофилла. При недостатке меди хлорофилл легко разрушается. Это, по-видимому, связано с тем, что медь способствует образованию устойчивых комплексов между хлорофиллом и соответствующими белками.
Химические свойства хлорофилла.
По химическому составу хлорофилл представляет сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофинилла. Хлорофинилл представляет собой азотосодержащее металлоорганическое соединение, относящееся к магний-порфиринам. В центре молекуле хлорофилла расположен атом магния, который соединён с четырьмя азотами пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлорофилла, обуславливающая его окраску.
1. Благодаря молекуле фитола молекула хлорофилла обладает липофильными свойствами.
2. Растворяется в 96%-ном спирте, ацетоне, бензоле, не растворяется в воде, фитролейном эфире.
3. Голова хлорофилла располагается на той стороне мембраны, которая обращена к водной строме.
Оптические свойства хлорофилла.
Хлорофилл поглощает солнечную энергию и направляет её на химические реакции, которые не могут протекать без энергии, получаемой извне. Раствор хлорофилла в проходящем свете имеет зелёный цвет, но при увеличении толщины слоя или концентрации хлорофилла он приобретает красный цвет.
Хлорофилл поглощает свет не сплошь, а избирательно. При пропускании из семи видимых цветов, которые постепенно переходят друг в друга. При пропускании белого света через призму и раствор хлорофилла на полученном спектре наиболее интенсивное поглощение будет в красных и сине-фиолетовых лучах. Зелёные лучи поглощаются мало, поэтому в тонком слое хлорофилл имеет в проходящем свете зелёный цвет. Однако с увеличением концентрации хлорофилла полосы поглощения расширяются и без поглощения проходит только часть крайних красных.
Спектры поглощения хлорофилла а и b очень близки.
В отражённом свете хлорофилл, кажется вишнёво-красным, так как он излучает поглощённый свет с изменением длины его волны. Это свойство хлорофилла называется флюоресценцией.
Хлорофилл и фотосинтез
![Хлорофилл – это термин, используемый для обозначения нескольких тесно связанных между собой зеленых пигментов, содержащихся в цианобактериях и хлоропластах водорослей и растений.]()
Хлорофилл имеет жизненно важное значение для фотосинтеза, который позволяет растениям поглощать энергию света. 2) Молекулы хлорофилла специально расположены внутри и вокруг фотосистем, которые встроены в мембраны тилакоидов хлоропластов. В этих комплексах, хлорофилл выполняет две основные функции. Функция подавляющего большинства хлорофилла (до нескольких сотен молекул в фотосистеме) состоит в том, чтобы поглощать свет и передавать энергию света путем резонансного переноса энергии к конкретной паре хлорофилла в реакционном центре фотосистем. Две принятые в настоящее время единицы фотосистем – фотосистема II и фотосистема I, которые имеют свои собственные различные реакционные центры, названные Р680 и Р700, соответственно. Эти центры названы по длине волны (в нанометрах) их максимального поглощения в красном спектре. Идентичность, функциональность и спектральные свойства хлорофилла в каждой фотосистеме различны и определяются друг другом и белковой структурой, окружающей их. После извлечения из белка в растворителе (таком, как ацетон или метанол), 3) пигменты хлорофилла могут быть разделены на хлорофилл а и б. Функция реакционного центра хлорофилла – поглощать энергию света и переносить её на другие части фотосистемы. Поглощенная энергия фотона передается электрону в процессе, называемом разделение зарядов. Удаление электрона из хлорофилла является реакцией окисления. Хлорофилл жертвует электроном с высокой энергией ряду молекулярных промежуточных продуктов, называемых цепью переноса электронов. Заряженный реакционный центр хлорофилла (P680 +) затем восстанавливается обратно в основное состояние, принимая электрон, отделенный от воды. Электрон, который восстанавливает Р680 +, в конечном счете, происходит от окисления воды в О2 и Н + через несколько промежуточных продуктов. В ходе этой реакции, фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят O2 газ, который является источником практически всего O2 в атмосфере Земли. Фотосистема I обычно работает последовательно с фотосистемой II; таким образом, P700 + фотосистемы I обычно восстанавливается, когда он принимает электрон, через множество промежуточных в тилакоидной мембране, при помощи электронов, которые приходят, в конечном счете, от фотосистемы II. Реакции переноса электронов в мембранах тилакоидов сложны, и источник электронов, используемый для восстановления P700 +, может меняться. Электронный поток, который создается пигментами реакционного центра хлорофилла, используется для накачки ионов Н + через мембрану тилакоида, настраивая хемиосмотической потенциал, используемый, главным образом, в производстве АТФ (накопленная химическая энергия), или в восстановлении NADP + в NADPH. НАДФ является универсальным агентом, используемым для восстановления СО2 в сахара, а также в других биосинтетических реакциях. РЦ хлорофилл-белковые комплексы способны непосредственно поглощать свет и разделять заряды без помощи других хлорофилловых пигментов, но вероятность этого при заданной интенсивности света мала. Таким образом, другие хлорофиллы фотосистемы и антенные пигментные белки кооперативно поглощают и переносят световую энергию к реакционному центру. Кроме хлорофилла а, существуют и другие пигменты, называемые вспомогательными пигментами, которые имеют место в этих антенных пигмент-белковых комплексах.
Химическая структура
Хлорофилл представляет собой хлориновый пигмент, который структурно подобен и производится в рамках того же пути метаболизма, что и другие порфириновые пигменты, такие как гем. В центре кольца хлорина находится ион магния. Это было обнаружено в 1906 году, и впервые магний был обнаружен в живой ткани. 4) Хлориновое кольцо может иметь несколько различных боковых цепей, как правило, включающих длинную цепь фитола. Есть несколько различных форм, которые встречаются в природе, но наиболее широко у наземных растений распространена форма хлорофилл а. После первоначальной работы, проделанной немецким химиком Ричардом Вильштеттером с 1905 по 1915 годы, Ганс Фишер определил общую структуру хлорофилла а в 1940 г. К 1960 г., когда большая часть стереохимии хлорофилла а была известна, Вудворд опубликовал полный синтез молекулы. В 1967 году, последнее оставшееся стереохимическое объяснение было дано Яном Флемингом, [13] а в 1990 году Вудворд и соавторы опубликовали обновленный синтез. 5) Было объявлено, что хлорофилл е присутствует в цианобактериях и других оксигенных микроорганизмах, которые образуют строматолиты, в 2010 году. Молекулярная формула C55H70O6N4Mg и структура (2-формил)-хлорофил были выведены на основе ЯМР, оптического и масс-спектров.
Измерение содержания хлорофилла
Биосинтез
В растениях, хлорофилл может быть синтезирован из сукцинил-СоА и глицина, хотя непосредственным предшественником хлорофилла а и б является протохлорофиллид. У покрытосеменных растений, последний шаг, превращение протохлорофиллида в хлорофилл, зависит от освещенности, и такие растения являются бледными, если выращены в темноте. Несосудистые растения и зеленые водоросли имеют дополнительный фермент, независимый от света, и способны зеленеть в темноте. Хлорофилл связывается с белками и может передавать поглощенную энергию в нужном направлении. Протохлорофиллид встречается, главным образом, в свободной форме, и в условиях освещенности действует в качестве фотосенсибилизатора, образуя высокотоксичные свободные радикалы. Следовательно, растениям необходим эффективный механизм регулирования количества предшественника хлорофилла. У покрытосеменных растений, это делается на стадии аминолевулиновой кислоты (ALA), одного из промежуточных соединений в пути биосинтеза. Растения, которые питаются ALA, накапливают высокие и токсические уровни протохлорофиллида; так же делают мутанты с поврежденной системой регулирования. 7)
Хлороз
Хлороз – это состояние, при котором листья производят недостаточное количество хлорофилла, что делает их желтыми. Хлороз может быть вызван питательным дефицитом железа, называемого хлорозом железа, либо нехваткой магния или азота. РН почвы иногда играет роль в хлорозе, вызванном питанием; многие растения приспособлены расти в почвах с определенными уровнями рН и их способности поглощать питательные вещества из почвы могут зависеть от этого. Хлороз также может быть вызван патогенными микроорганизмами, включая вирусы, бактерии и грибковые инфекции, или сосущих насекомых.
Дополнительное поглощение света антоцианов с хлорофиллом
Антоцианы – это другие растительные пигменты. Паттерн абсорбции, отвечающий за красный цвет антоцианов, может дополнять зеленый хлорофилл в фотосинтетически активных тканях, таких как молодые листья Quercus coccifera. Он может защищать листья от нападений со стороны травоядных, которые могут быть привлечены зеленым цветом.
Использование хлорофилла
Кулинарное использование
Польза для здоровья
Хлорофилл способствует укреплению органов кроветворения, обеспечивая профилактику анемии и обилие кислорода в организме. Его антиоксидантная активность оказывает благотворное влияние на различные медицинские состояния, такие как рак, бессонница, стоматологические заболевания, синусит, панкреатит и камни в почках. Хлорофилл способствует нормальной свертываемости крови, заживлению ран, гормональному балансу, дезодорации и детоксикации организма и способствует здоровью пищеварительной системы. Он благотворно влияет на окисление и воспалительные заболевания, такие как артрит и фибромиалгия. Он проявляет омолаживающие и противомикробные свойства и способствует укреплению иммунной системы организма.
Общее
Хлорофилл является пищевым продуктом, содержащим большое количество питательных веществ. Он является хорошим источником витаминов, таких как витамин А, витамин С, витамин Е, витамин К и бета-каротин. Он богат антиоксидантами, жизненно важными минералами, такими как магний, железо, калий, кальций и незаменимые жирные кислоты.
Эритроциты
Хлорофилл помогает в восстановлении и пополнении запасов красных кровяных клеток. Он работает на молекулярном и клеточном уровнях и обладает способностью к регенерации нашего тела. Он богат живыми ферментами, которые способствуют очищению крови и повышают способность крови переносить больше кислорода. Он является строителем крови и также эффективен против анемии, которая вызвана дефицитом красных кровяных клеток в организме.
Хлорофилл эффективен против рака, например, рака толстой кишки человека, и стимулирует индукцию апоптоза. Он обеспечивает защиту от широкого спектра канцерогенов, присутствующих в воздухе, приготовленном мясе и зерне. Исследования показали, что хлорофилл помогает в сдерживании желудочно-кишечной абсорбции вредных токсинов, также известных как афлатоксины, в организме. Хлорофилл и его производное хлорофиллин ингибируют метаболизм этих прокарциногенов, которые могут нанести ущерб ДНК, а также привести к раку печени и гепатиту. Дальнейшие исследования, проведенные в этой связи, демонстрируют химио-профилактическое действие хлорофилла, приписывая ему антимутагенные свойства. Другое исследование показало эффективность диетического хлорофилла в качестве фитохимического соединения, сокращающего онкогенез.
Антиоксидант
Хлорофилл обладает сильной антиоксидантной активностью, наряду со значительным количеством необходимых витаминов. Эти эффективные поглотители радикалов помогают нейтрализовать вредные молекулы и защитить от развития различных заболеваний и повреждений в результате окислительного стресса, вызванного свободными радикалами.
Артрит
Противовоспалительные свойства хлорофилла являются полезными для лечения артрита. Исследования показали, что хлорофилл и его производные мешают росту воспаления, вызванного воздействием бактерий. Этот защитный характер хлорофилла делает его мощным ингредиентом для приготовления фитосанитарных продуктов для лечения болезненных медицинских состояний, таких как фибромиалгия и артрит.
Детоксикация
Хлорофилл имеет очищающие свойства, которые помогают в детоксикации организма. Обилие кислорода и здорового потока крови из-за хлорофилла в организме способствует избавлению от вредных примесей и токсинов. Хлорофилл образует комплексы с мутагенами и обладает способностью связывать и вымывать токсичные химические вещества и тяжелые металлы, такие как ртуть, из организма. Он способствует детоксикации и возрождению печени. Он также эффективен в снижении вредного воздействия излучений и помогает устранить пестициды и отложения препаратов из организма.
Анти-старение
Хлорофилл помогает в борьбе с последствиями старения и поддерживает здоровье тканей, из-за богатства антиоксидантов и присутствия магния. Он стимулирует ферменты, действующие против старения, и способствует здоровью и молодости кожи. В дополнение к этому, витамин K, присутствующий в нем, очищает и омолаживает надпочечники и улучшает функции надпочечников в организме.
Пищеварительная система
Хлорофилл способствует здоровому пищеварению путем поддержания кишечной флоры и стимулирования перистальтики кишечника. Он действует как естественный препарат для желудочно-кишечного тракта и помогает в восстановлении поврежденных тканей кишечника. Диеты с дефицитом зеленых овощей и включающие, в основном, красное мясо, представляют повышенную опасность нарушений толстой кишки. Согласно исследованиям, хлорофилл облегчает очищение толстой кишки путем ингибирования цитотоксичности, вызванной диетическим гемом и предотвращает распространение колоноцитов. Он эффективен при запорах и уменьшает дискомфорт, вызванный газами.
Бессонница
Хлорофилл оказывает успокаивающее действие на нервы и помогает в снижении симптомов бессонницы, раздражительности и нервной общей усталости организма.
Антимикробные свойства
Хлорофилл обладает эффективными противомикробными свойствами. Недавние исследования показали, что лечебный эффект щелочного раствора на основе хлорофилла в борьбе с заболеванием, называемым Candida Albicans, инфекцией, вызванной разрастанием дрожжей кандида, уже присутствует в небольших количествах в организме человека.
Иммунитет
Хлорофилл способствует укреплению клеточных стенок и общей иммунной системы организма из-за его щелочного характера. Анаэробные бактерии, которые способствуют развитию заболеваний, не могут выжить в щелочной среде хлорофилла. Наряду с этим, хлорофилл является оксигенатором, который поощряет способность организма бороться с заболеваниями и повышает уровень энергии и ускоряет процесс заживления.
Дезодорирующие свойства
Хлорофилл проявляет дезодорирующие свойства. Он является эффективным средством для борьбы с неприятным запахом изо рта и используется в составе жидкостей для полоскания рта. Плохое здоровье пищеварительной является одной из основных причин неприятного запаха изо рта. Хлорофилл выполняет двойное действие, устраняя запах изо рта и горла, а также стимулируя здоровье пищеварительной системы путем очищения толстой кишки и потока крови. Дезодорирующий эффект хлорофилла также эффективно воздействует на раны, имеющие неприятный запах. Его вводят перорально пациентам, страдающим от колостомы и нарушений обмена веществ, таких как триметиламинурия, для снижения фекального и мочевого запаха.
Заживление ран
Исследования показывают, что местное применение растворов хлорофилла является эффективным при лечении ран и ожогов. Он помогает снижать местные воспаления, укрепляет ткани организма, помогает убивать микробов и повышает устойчивость клеток против инфекций. Он предотвращает рост бактерий, дезинфицируя окружающую среду, делая её враждебной для роста бактерий, и ускоряет заживление. Хлорофилл также весьма эффективен при лечении хронических варикозных язв.
Кислотно-щелочное соотношение
Потребление продуктов, богатых хлорофиллом, помогает сбалансировать кислотно-щелочной баланс в организме. Магний, присутствующий в нем, является мощной щелочью. Поддерживая соответствующую щелочность и уровни кислорода в организме, хлорофилл предотвращает развитие среды для роста патогенных микроорганизмов. Магний, присутствующий в хлорофилле, также играет важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы, функционировании почек, мышц, печени и головного мозга.
Сильные кости и мышцы
Хлорофилл способствует формированию и поддержанию крепких костей. Центральный атом молекулы хлорофилла, т.е. магний, играет важную роль в здоровье костей, наряду с другими необходимыми питательными веществами, такими как кальций и витамин D. Он также вносит вклад в тонус, сокращение и расслабление мышц.
Свертывание крови
Хлорофилл содержит витамин К, который имеет жизненно важное значение для нормального свертывания крови. Он используется в натуропатии для лечения носовых кровотечений и для женщин, страдающих от анемии и тяжелого менструального кровотечения.
Камни в почках
Хлорофилл способствует предотвращению образования камней в почках. Витамин К присутствует в виде эфирных соединений хлорофилла в моче и помогает в снижении роста кристаллов оксалата кальция.
Синусит
Хлорофилл эффективен в лечении различных респираторных инфекций и других заболеваний, таких как простуда, ринит и синусит.
Гормональный баланс
Хлорофилл полезен в поддержании полового гормонального баланса у мужчин и женщин. Витамин Е, присутствующий в хлорофилле, помогает стимулировать выработку тестостерона у мужчин и эстрогена у женщин.
Панкреатит
Хлорофилл вводят внутривенно при лечении хронического панкреатита. Согласно результатам исследования, проведенного в связи с этим, он помогает в снижении лихорадки и уменьшает боль в животе и дискомфорт, вызванный панкреатитом, не вызывая никаких побочных эффектов.
Гигиена полости рта
Хлорофилл помогает в лечении стоматологических проблем, таких как пиорея. Он используется для лечения симптомов инфекции полости рта и успокаивает воспаленные и кровоточащие десна.
Источники хлорофилла
![Источники хлорофилла]()
Не очень трудно включить хлорофилл в ежедневный рацион, так как почти все зеленые растения богаты хлорофиллом а, и многие овощи, которые являются неотъемлемой частью нашей пищи, содержат хлорофилл а, а также хлорофилл б. Потребление овощей, таких как руккола, ростки пшеницы, лук-порей, зеленые бобы и темно-зеленые листовые овощи, такие как петрушка, капуста, кресс-салат, листовая свекла и шпинат, обеспечивают естественный хлорофилл для организма. Другие источники включают капусту, синие зеленые водоросли, такие как хлорелла и спирулина. Приготовление пищи разрушает содержащиеся в ней хлорофилл и магний, поэтому сырые или приготовленные на пару овощи являются более полезными.
Предостережения
Несмотря на клиническое использование в течение многих лет, токсические эффекты естественного хлорофилла в обычных дозах не были известны. Тем не менее, хлорофилл может вызвать некоторое изменение цвета языка, мочи или кала при пероральном введении. Наряду с этим, хлорофилл также может вызвать легкое жжение или зуд при местном применении. В редких случаях, передозировка хлорофиллом может привести к диарее, спазмам в животе и поносу. При таких симптомах, целесообразно обратиться за медицинской помощью. Беременные или кормящие женщины должны воздерживаться от использования коммерчески доступного хлорофилла или добавок хлорофилина из-за отсутствия доказательств безопасности.
Лекарственные взаимодействия
Пациентам, проходящим гваяковую пробу на скрытую кровь, следует избегать перорального использования хлорофиллина, так как это может привести к ложноположительному результату.
Резюме
Хлорофилл обеспечивает энергию солнца в концентрированной форме для нашего тела и является одним из самых полезных питательных веществ. Он повышает уровень энергии и усиливает общее состояние благополучия. Он также полезен при ожирении, сахарном диабете, гастрите, геморрое, астме и кожных заболеваниях, таких как экзема. Он помогает в лечении высыпаний и в борьбе с инфекциями кожи. Потребление хлорофилла профилактически также предотвращает неблагоприятные последствия хирургического вмешательства и его рекомендуется вводить до и после операции. Содержание в нем магния помогает в поддержании кровотока в организме и поддерживает нормальный уровень кровяного давления. Хлорофилл в целом улучшает клеточный рост и восстанавливает здоровье и бодрость в организме.
Список использованной литературы:
6) Gitelson A. A., Buschmann C., Lichtenthaler H. K. (1999) “The Chlorophyll Fluorescence Ratio F735/F700 as an Accurate Measure of Chlorophyll Content in Plants” Remote Sens. Enviro. 69:296-302 (1999)
Читайте также:
