כלורופיל: מאפיינים, מבנה, מיקום, סוגים - ביולוגיה - 2025

כלורופיל הוא הפיגמנט ביולוגי, המציין כי זה הוא מולקולה מסוגלת לקלוט אור. מולקולה זו סופגת את אורך הגל המתאים לצבע סגול, כחול ואדום ומשקף את האור של הצבע הירוק. לכן נוכחות הכלורופיל אחראית לצבע הירוק של הצמחים.

המבנה שלה מורכב מטבעת פורפירין עם מרכז מגנזיום וזנב הידרופובי, הנקרא פיטול. יש להדגיש את הדמיון המבני של הכלורופיל עם מולקולת ההמוגלובין.

מולקולת הכלורופיל אחראית על הצבע הירוק בצמחים. מקור: pixabay.com

הכלורופיל נמצא בתילקואידים, מבנים קרומיים הנמצאים בתוך כלורופלסטים. כלורופלסטים נמצאים בשפע בעלים ובמבנים אחרים של צמחים.

תפקידו העיקרי של הכלורופיל הוא לכידת אור שישמש להפעלת תגובות פוטוסינתטיות. ישנם סוגים שונים של כלורופיל - הנפוץ שבהם הוא - הנבדלים מעט במבנהם ובשיא ספיגתם, על מנת להגדיל את כמות אור השמש שנספגת.

פרספקטיבה היסטורית

המחקר של מולקולת הכלורופיל הוא עוד משנת 1818 כאשר תואר לראשונה על ידי החוקרים פלייטר וקוונטו, שטבעו את השם "כלורופיל". מאוחר יותר, בשנת 1838, החלו המחקרים הכימיים של המולקולה.

בשנת 1851 ורדיאל הציעה את הדמיון המבני בין כלורופיל להמוגלובין. באותה העת דמיון זה היה מוגזם והניחו כי אטום ברזל נמצא גם במרכז מולקולת הכלורופיל. בהמשך אושרה נוכחות המגנזיום כאטום המרכזי.

הסוגים השונים של הכלורופיל התגלו בשנת 1882 על ידי בורודין בעזרת עדויות שהגישו המיקרוסקופ.

פיגמנטים

כלורופיל נצפה תחת מיקרוסקופ. כריסטיאן פיטרס - פבלelfroh

מה קל

נקודת מפתח עבור אורגניזמים חיים פוטוסינתטיים שיש להם את היכולת להשתמש באנרגיית אור היא ספיגתו. המולקולות המבצעות פונקציה זו נקראות פיגמנטים ונמצאות בצמחים ובאצות.

כדי להבין טוב יותר את התגובות הללו יש לדעת היבטים מסוימים הקשורים לאופי האור.

האור מוגדר כסוג של קרינה אלקטרומגנטית, סוג של אנרגיה. קרינה זו מובנת כגל וכחלקיק. אחד המאפיינים של קרינה אלקטרומגנטית הוא אורך הגל, הבא לידי ביטוי כמרחק בין שני רכסים עוקבים.

העין האנושית יכולה לתפוס את אורך הגל הנע בין 400 ל 710 ננומטר (ננומטר = ^10-9 מ '). אורכי גל קצרים קשורים לכמויות אנרגיה גדולות יותר. אור השמש כולל אור לבן המורכב מכל אורכי הגל בחלק הגלוי.

לגבי אופי החלקיק, פיזיקאים מתארים פוטונים כחבילות אנרגיה נפרדות. לכל אחד מהחלקיקים האלה אורך גל ורמת אנרגיה אופיינית.

כאשר פוטון פוגע באובייקט שלושה דברים יכולים לקרות: להיספג, להעביר או להשתקף.

מדוע הכלורופיל ירוק?

צמחים נתפסים כירוקים מכיוון שהכלורופיל סופג בעיקר את אורכי הגל הכחול והאדום ומשקף ירוק. נפרונוס

לא כל הפיגמנטים מתנהגים באותה צורה. ספיגת אור היא תופעה שיכולה להופיע באורכי גל שונים, ולכל פיגמנט ספקטרום ספיגה מסוים.

אורך הגל הספוג יקבע את הצבע בו אנו נמחיש את הפיגמנט. לדוגמה, אם הוא סופג אור בכל אורכו, נראה את הפיגמנט שחור לחלוטין. אלה שלא סופגים את כל האורך, משקפים את השאר.

במקרה של כלורופיל הוא סופג את אורכי הגל המתאימים לצבעים סגולים, כחולים ואדומים ומשקף אור ירוק. זהו הפיגמנט המעניק לצמחים את צבעם הירוק האופייני.

הכלורופיל אינו הפיגמנט היחיד בטבע

למרות שהכלורופיל הוא אחד הפיגמנטים הידועים ביותר, ישנן קבוצות אחרות של פיגמנטים ביולוגיים כמו קרוטנואידים, בעלי גוונים אדמדמים או כתומים. לכן הם סופגים אור באורך גל שונה משל הכלורופיל, ומשמשים כמסך העברת אנרגיה לכלורופיל.

בנוסף, בחלק מהקרוטנואידים יש פונקציות נגד הגנה: הם סופגים ומפזרים אנרגיית אור העלולה לפגוע בכלורופיל; או להגיב עם חמצן ויוצרים מולקולות חמצוניות שעלולות לפגוע במבני התא.

מאפיינים ומבנה

כלורופיליות הן פיגמנטים ביולוגיים הנתפסים כירוקים בעין האנושית ומשתתפים בפוטוסינתזה. אנו מוצאים אותם בצמחים ובאורגניזמים אחרים בעלי יכולת להפוך אנרגיית אור לאנרגיה כימית.

כלורופילים כימיים הם מגנזיום-פורפירינים. אלה די דומים למולקולת ההמוגלובין, האחראית להובלת החמצן בדם שלנו. שתי המולקולות נבדלות זו מזו רק בסוגים ובמיקומם של קבוצות החליפות על הטבעת הטטראפירולית.

המתכת של טבעת הפורפירין בהמוגלובין היא ברזל ואילו בכלורופיל היא מגנזיום.

השרשרת הצדדית של הכלורופיל היא הידרופובית או אפולירית באופן טבעי, והיא מורכבת מארבע יחידות איזופרנואיד, הנקראות פיטול. זה מועתק לקבוצת החומצות הפרופיוטית בטבעת מספר ארבע.

אם הכלורופיל נתון בטיפול בחום, הפיתרון לוקח pH חומצי, מה שמוביל לחיסול אטום המגנזיום ממרכז הטבעת. אם החימום נמשך או שהתמיסה מורידה את רמת החומציות שלו עוד יותר, הפיטול יסתיים בהידרוזיה.

מקום

הכלורופיל הוא אחד הפיגמנטים הטבעיים המופצים ביותר ונמצא בשושלות שונות של חיי פוטוסינתטיים. במבנה של צמחים אנו מוצאים אותו בעיקר בעלים ובמבנים ירוקים אחרים.

אם ניגש לתצוגה מיקרוסקופית, הכלורופיל נמצא בתוך תאים, במיוחד בכלורופלסטים. בתורו, בתוך כלורופלסטים ישנם מבנים המורכבים מממברנות כפולות הנקראות תילאוקואידים, המכילים כלורופיל בפנים - יחד עם כמויות אחרות של ליפידים וחלבונים.

התילקואידים הם מבנים הדומים למספר דיסקים או מטבעות מוערמים, והסידור הקומפקטי מאוד הזה הכרחי לחלוטין לתפקוד הפוטוסינתטי של מולקולות כלורופיל.

באורגניזמים פרוקריוטיים שמבצעים פוטוסינתזה, אין כלורופלסטים. מסיבה זו, התילקואידים המכילים פיגמנטים פוטוסינתטיים נצפים כחלק מממברנה התא, מבודדים בתוך ציטופלסמה של התא, או שהם בונים מבנה בקרום הפנימי - תבנית שנצפתה בצינו-בקטריה.

סוגים

כלורופיל א

כלורופיל א

ישנם מספר סוגים של כלורופילים, אשר נבדלים זה מזה מעט במבנה המולקולרי והתפלגותם בשושלות פוטוסינתטיות. כלומר, חלק מהאורגניזמים מכילים סוגים מסוימים של כלורופיל ואחרים אינם.

הסוג העיקרי של הכלורופיל נקרא כלורופיל a ובשושלת הצמח בפיגמנט הטעון ישירות בתהליך הפוטוסינתטי והופך אנרגיית אור לכימיה.

כלורופיל ב

כלורופיל ב

סוג שני של כלורופיל הוא b והוא קיים גם בצמחים. מבחינה מבנית זה שונה מכלורופיל a מכיוון שלאחרון יש קבוצת מתיל בפחמן 3 מהטבעת מספר II, והסוג b מכיל קבוצת פורמיל במצב זה.

הוא נחשב לפיגמנט אביזר ובזכות הבדלים מבניים יש להם ספקטרום ספיגה שונה מעט מזה של גרסה א '. כתוצאה ממאפיין זה הם נבדלים זה מזה בצבעם: הכלורופיל a הוא כחול-ירוק ו- b הוא צהוב-ירוק.

הרעיון של ספקטרום דיפרנציאלי זה הוא ששתי המולקולות משלימות זו את זו בספיגת האור ומצליחות להגדיל את כמות אנרגיית האור שנכנסת למערכת הפוטוסינתטית (כך שספקטרום הקליטה מורחב).

כלורופיל ג ו- ד

כלורופיל ד

ישנו סוג שלישי של כלורופיל, c, אותו אנו מוצאים באצות חומות, דיאטומים ודינופלגלטים. במקרה של אצות ציאנופיטים הם מציגים רק כלורופיל. לבסוף, כלורופיל d נמצא באורגניזמים פרוטסטים מסוימים וגם בציאנובקטריה.

כלורופיל בחיידקים

ישנם מספר חיידקים עם יכולת פוטוסינתזה. באורגניזמים אלה ישנם כלורופילים הידועים יחד כחיידקים-כלורופילים, וכמו הכלורופילים של איקריוטים, הם מסווגים לפי האותיות: a, b, c, d, e ו- g.

מבחינה היסטורית נעשה שימוש ברעיון שמולקולת הכלורופיל הופיעה לראשונה במהלך האבולוציה. כיום, הודות לניתוח רצף, הוצע כי ככל הנראה, מולקולת הכלורופיל של אבות הייתה דומה לחיידק כלורופיל.

מאפיינים

מולקולת הכלורופיל היא גורם חיוני באורגניזמים פוטוסינתטיים, מכיוון שהיא אחראית לספיגת האור.

במכונות הדרושות לביצוע פוטוסינתזה יש רכיב הנקרא מערכת הפוטו. ישנם שניים וכל אחד מהם מורכב מ"אנטנה "האחראית על איסוף האור ומרכז התגובה, שם אנו מוצאים כלורופיל.

מערכות פוטוסופיה שונות זו מזו בעיקר בשיא הקליטה של ​​מולקולת הכלורופיל: לפוטוסיסטם I יש שיא ב 700 ננומטר, ו- II ב 680 ננומטר.

בדרך זו הכלורופיל מצליח למלא את תפקידה בלכידת האור, שבזכות סוללה אנזימטית מורכבת תהפוך לאנרגיה כימית המאוחסנת במולקולות כמו פחמימות.

הפניות

1. בק, CB (2010). מבוא למבנה והתפתחות הצמח: אנטומיה צמחית במאה העשרים ואחת. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
2. ברג, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). בִּיוֹכִימִיָה. התהפכתי.
3. Blankenship, RE (2010). התפתחות מוקדמת של פוטוסינתזה. פיזיולוגיה של הצמח, 154 (2), 434–438.
4. קמפבל, נ.ב. (2001). ביולוגיה: מושגים ויחסים. פירסון חינוך.
5. קופר, GM ו- Hausman, RE (2004). התא: גישה מולקולרית. Medicinska naklada.
6. קרטיס, ח., ושנק, א '(2006). הזמנה לביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
7. Hohmann-Marriott, MF, & Blankenship, RE (2011). התפתחות הפוטוסינתזה. סקירה שנתית של ביולוגיה מהצומח, 62, 515-548.
8. המפרי, א.מ. (1980). כלורופיל. כימיה של מזון, 5 (1), 57–67. doi: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
9. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. פנמריקנית רפואית אד.
10. לוקהרט, PJ, Larkum, AW, Steel, M., Waddell, PJ, & Penny, D. (1996). אבולוציה של כלורופיל ובקטריו-כלורופיל: בעיית האתרים הבלתי משתנים בניתוח רצף. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, 93 (5), 1930–1934. doi: 10.1073 / pnas.93.5.1930
11. Palade, GE, & Rosen, WG (1986). ביולוגיה של תאים: מחקר ויישומים בסיסיים. האקדמיות הלאומיות.
12. Posada, JOS (2005). יסודות להקמת מרעה וגידולי מזון. אוניברסיטת אנטיוכיה.
13. Raven, PH, Evert, RF, and Eichhorn, SE (1992). ביולוגיה צמחית (כרך ב '). התהפכתי.
14. Sadava, D., & Purves, WH (2009). החיים: מדע הביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
15. סוזה, פלורידה, שביט-גריבינק, ל., אלן, ג'יי.פי, ומרטין, WF (2013). התפתחות גנים ביוסינתזה של כלורופיל מציינת שכפול גנים של מערכת הפוטוס, ולא מיזוג של מערכת הפוטוש, במקור הפוטוסינתזה החמצן. ביולוגיה של הגנום והתפתחות, 5 (1), 200–216. doi: 10.1093 / gbe / evs127
16. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). פיזיולוגיית הצמח. אוניברסיטת Jaume I.
17. שינגג ג'יי (2006). פוטוסינתזה: איזה צבע היה מקורו ?. ביולוגיה של גנום, 7 (12), 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245