Энциклопедия лекарственных растений

Пословицы о здоровье

Хлорофилл

Хлорофиллы - пигменты растений

Хлорофиллы – это пигменты , придающие зеленую окраску растениям. Они имеют огромное значение в процессе фотосинтеза.

Хроматография для определения хлорофиллов

В настоящее время каротиноиды и хлорофиллы изучены очень хорошо. Замечательные успехи, достигнутые биохимией в области выделения, очистки, установления структуры и изучения биохимических реакций каротиноидов и хлорофиллов, были сделаны благодаря гениальному по простоте и изяществу методу хроматографического адсорбционного анализа, разработанному в 1903 г. М.С. Цветом.

Ч. Дарвин о хлорофилле

По выражению Ч. Дарвина, хлорофилл представляет собой одно из интереснейших органических соединений живой природы.

Химические свойства хлорофилла

Свойства хлорофилла в настоящее время изучены весьма подробно главным образом благодаря блестящим работам М.В. Ненцкого, К.А. Тимирязева, М.С. Цвета, Р. Вильштеттера и Г. Фишера. У высших растений и зеленых водорослей существует два вида хлорофилла, имеющих следующий состав: хлорофилл альфа C55H72О5N4Mg; хлорофилл бета C55H70О6N4Mg.

Хлорофилл содержит четыре соединенных между собой остатка пиррола, которые образуют порфириновое ядро. Порфириновое ядро связано двумя основными и двумя дополнительными валентностями с атомом магния.

Вместе с тем структурная формула хлорофилла а свидетельствует о том, что хлорофилл представляет собой сложный эфир двуосновной кислоты и двух спиртов – метилового и высокомолекулярного непредельного спирта фитола, являющегося производным изопрена. Именно наличие остатка фитола в хлорофилле придает последнему липидные свойства, проявляющиеся в его растворимости в жировых растворителях. При настаивании зеленых листьев в этиловом спирте можно заметить образование в клетках зеленых кристаллов. Кристаллы эти представляют собой этилхлорофиллид – продукт замещения остатка фитола в хлорофилле остатком этилового спирта. Расщепление сложноэфирной связи между карбоксильной группой молекулы хлорофилла и остатком фитола с последующим замещением этого последнего остатком этилового спирта происходит под действием особого фермента – хлорофиллазы.

Хлорофилл b отличается от хлорофилла а тем, что у второго пиррольного остатка вместо метильной группы содержится формильная О=С-Н. По своему строению хлорофилл весьма близок к некоторым важным оксидоредуктазам (пероксидазе, каталазе и цитохромоксидазе), а также к красящему веществу крови – гему. В состав этих ферментов и гема также входят четыре пиррольных остатка, соединенных в виде порфиринового ядра.

Бактериохлорофилл

Некоторые бактерии, способные к усвоению углекислоты на свету (пурпурные серобактерии), содержат не хлорофилл, а бактериохлорофилл, имеющий эмпирическую формулу C55H74О6N4Mg. Фотосинтезирующая бактерия Chlorobium – простейшая из известных 7 фотосинтезирующих организмов, содержит целый набор различных хлорофиллов. В небольшом количестве в ней присутствует бактериохлорофилл, в состав которого входит остаток фитола. Остальные хлорофиллы Chlorobim вместо фитола содержат фарнезол. В бурых водорослях содержатся два хлорофилла с. У красных водорослей в процессе фотосинтеза участвуют фикоэритрины, а у синезеленых водорослей – фикоцианины. Фикоэритрины и фикоцианины принадлежат к группе так называемых билипротеинов, состоящих из белка и простетической группы – фикобилина. Фикобилины фикоэритринов называют фикоэритро6илинами, а фикобилины фикоцианинов – фикоцианобилинами. Наряду с хлорофиллами и фикобилинами третьим классом фотосинтетических пигментов являются каротиноиды. У высших растений и зеленых водорослей важнейшие каротиноиды, участвующие в процессе фотосинтеза, бета-каротин и лютеин; у бурых водорослей - бета-каротин и фукоксантин; у красных водорослей альфа-каротин, бета-каротин, лютеин и цеаксантин.

Хлорофилл и гемоглобин

Хлорофилл и гем гемоглобина не только весьма близки по своему строению, но и образуются в организмах сходным путем. Исходные вещества для биосинтеза порфиринового ядра у бактерий и животных – янтарная кислота и гликокол. Протопорфирин – общий предшественник хлорофиллов и железопорфириновых соединений. Если в молекулу протопорфирина включается железо, то образуется железоопорфирин, который является простетической группой ферментов каталазы и пероксидазы, а также входит в состав цитохромов, гемоглобинов и легоглобина. Если включается магний, то образуется магнийпротопорфирин, который через ряд последовательных стадий превращается в тот или иной вид хлорофилла или в бактериохлорофилл.

Биосинтез хлорофиллов и бактериохлорофилла происходит в пластидах зеленых растений и хроматофорах фотосинтезирующих бактерий, а биосинтез железопорфириновых комплексов – как в пластидах и хроматофорах, так и в митохондриях – образованиях, содержащихся в цитоплазме клеток.

При этом нужно отметить, что хлорофилл b образуется в растениях из хлорофилла а.

Хлорофилл в растениях: хлоропласты

Содержание хлорофилла в растениях составляет в среднем около 1 % от сухого вещества. Он распределен в клетках растений неравномерно и находится лишь в особых органеллах клетки – пластидах. Пластиды зеленых клеток растений, содержащие хлорофилл, называют хлорофилловыми зернами или хлоропластами. Пластиды, в которых хлорофилл не содержится, а имеются лишь каротиноиды (в желтых плодах, цветах или корнях), называют хромопластами. Пластиды клеток бесцветных частей растений (например, клубней картофеля) не содержат пигментов; их называют лейкопластами. Между тремя видами пластид – хлоропластами, хромопластами и лейкопластами – имеются постепенные переходы. Лейкопласты содержатся также в тех частях растений, которые являются бесцветными лишь на самых ранних стадиях развития; они могут превращаться в хлоропласты или хромопласты.

Хлоропласты содержат в среднем от 58 до 75% воды. Сухое вещество хлоропласта состоит из белков, липидов, хлорофилла и каротиноидов. Состав сухого вещества хлоропластов колеблется в следующих пределах (%): белки 36,8 - 46,8, липиды 29,0-36,2, минеральные вещества 6,4-9,6, углеводы и другие вещества 8,1-30,2. Хлоропласты содержат также ДНК и различные виды РНК. Хлорофилл распределен в хлоропласте неравномерно – он содержится в плоских вытянутых мембранах разной длины, пронизывающих хлоропласт вдоль и называемых ламеллами. У большинства растений в отдельных участках хлоропласта короткие плоские мешковидные структуры, называемые тилакоидами, образуют уплотнения – граны. Каждая грана состоит как бы из стопки отдельных тилакоидов, в мембранах которых заключен хлорофилл. Граны ламеллы окружены так называемой стромой (матриксом).

В матриксе содержится ряд растворимых ферментов, участвующих в превращениях продуктов фотосинтеза – рибулозодифосфаткарбоксилаза, глицеральдегидфосфатдегидрогеназа, альдолаза, две фруктозодифосфатазы, специфическая фотосинтетическая пиридиннуклеотидредуктаза и т.д. Каждый тилакоид имеет форму диска, в котором в строго определенном порядке упакованы отдельные частички, являющиеся, по-видимому, мельчайшими фотосинтетическими структурами и получившие название квантосом. Химический анализ ламелл хлоропластов шпината показал, что они на 52% состоят из белка и на 48% - из липидной фракции, которая включает в себя – хлорофиллы альфа и бета, каротиноиды (главным образом лютеины и бета-каротин), пластохиноны и витамин К1, фосфолипиды (галактозилглицериды, фосфатидилглицерин, сульфолипиды). Кроме того, в ламеллах содержатся геминовое железо (в составе цитохромов b6 и f, негеминовое железо (ферредоксин), медь и марганец.

Хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты связаны с белками и липидами нековалентными связями. Тот факт, что хлорофилл находится в листе не в виде простого раствора, а соединен с белками и липидами, явствует из того, спектры поглощения растворов хлорофилла и живого листа существенно отличаются. Сравнение спектров поглощения хлорофилла и бактериохлорофилла в растворах, пленках, кристаллах и непосредственно в живых клетках указывает на то, что молекулы пигментов могут взаимодействовать с белками между собой, образуя агрегированные формы. Так, открыты формы хлорофилла а с максимумами поглощения при 660, 670, 680, 685, 690, 695, 700 и 720 нанометрах.

Как хлорофилл участвует в процессе фотосинтеза?

Приведенное выше суммарное уравнение фотосинтеза не дает представления о той сложной цепи окислительно-восстановительных реакций и фотохимических процессов, которые происходят при фотосинтезе. Согласно современным данным процесс фотосинтеза состоит из трех этапов.

1-й этап фотосинтеза

Первый из них заключается в происходящем при участии хлорофилла процессе фотохимического разложения («фотолиза») воды, сопровождающемся выделением молекулярного кислорода.

2-й этап фотосинтеза

Второй этап, состоящий из ряда окислительно-восстановительных реакции, в которых кроме хлорофилла принимают участие цитохромы и другие переносчики электронов, сводится к происходящему за счет световой энергии переносу электронов от воды на NADP+ и образованию АТР, в котором запасается энергия света.

3-й этап фотосинтеза

На третьем этапе образовавшиеся NADPH и АТР используются для восстановления углекислого газа до углевода. Поглощенная хлорофиллом световая энергия принимает участие в реакциях первого и второго этапов фотосинтеза; реакции третьего этапа являются темновыми, т.е. происходят без участия света. Измерения показали, что процесс восстановления одной молекулы углекислого газа до углевода, сопровождающийся выделением одной молекулы кислорода, требует минимум восемь квантов световой энергии. Таким образом, максимальный квантовый выход фотосинтеза, т.е. число молекул кислорода, соответствующее одному кванту поглощенной растением световой энергии, составляет 1/8 или 12%.

Лечение народными средствами

Народная медицина

Молочный гриб

Лечение медом

Иммунитет

Водоросли

Лечение соками

Фрукты и овощи

Цветочная пыльца

Укрепление волос

Книги по биологии

Лечение цветом

Аюрведа

Цитаты о любви

Энергия цветов

Оливковое масло

Йога для настроения

Фэн-шуй для денег

Пророщенная пшеница