ქლოროფილის ფორმულა და მისი როლი ფოტოსინთეზის პროცესში

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

რატომ არის ბალახი, ისევე როგორც ფოთლები ხეებსა და ბუჩქებზე მწვანე? ეს ყველაფერი ქლოროფილზეა. შეგიძლიათ აიღოთ ცოდნის ძლიერი თოკი და გაეცნოთ მას.

ისტორია

მოდით, მოკლე ექსკურსია შედარებით ახლო წარსულში. ჯოზეფ ბიენემ კავანტუ და პიერ ჯოზეფ პელეტიე არიან ისინი, ვისაც ხელი ჩამოართვეს. მეცნიერები ცდილობდნენ გამოეყოთ მწვანე პიგმენტი სხვადასხვა მცენარის ფოთლებისგან. ძალისხმევა წარმატებით დაგვირგვინდა 1817 წელს.

პიგმენტს ეწოდა ქლოროფილი. ბერძნული chloros, მწვანე, და phyllon, ფოთოლი. მიუხედავად ზემოაღნიშნულისა, მე-20 საუკუნის დასაწყისში მიხაილ ცვეტი და რიჩარდ ვილსტეტერი მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ქლოროფილი შეიცავს რამდენიმე კომპონენტს.

მკლავები აიჩეჩა, უილსტეტერი შეუდგა მუშაობას. გაწმენდამ და კრისტალიზაციამ გამოავლინა ორი კომპონენტი. მათ უბრალოდ უწოდეს ალფა და ბეტა (ა და ბ). 1915 წელს ამ ნივთიერების კვლევის სფეროში გაწეული მუშაობისთვის მას საზეიმოდ მიენიჭა ნობელის პრემია.

1940 წელს ჰანს ფიშერმა შესთავაზა მსოფლიოს ქლოროფილის საბოლოო სტრუქტურა "a". სინთეზის მეფემ რობერტ ბერნს ვუდვორდმა და რამდენიმე მეცნიერმა ამერიკიდან 1960 წელს მიიღეს არაბუნებრივი ქლოროფილი. ასე გაიხსნა საიდუმლოების ფარდა - ქლოროფილის გამოჩენა.

ქიმიურითვისებები

ქლოროფილის ფორმულა, რომელიც განისაზღვრება ექსპერიმენტული ინდიკატორებით, ასე გამოიყურება: C₅₅H₇₂O_5N4_{მგ. დიზაინში შედის ორგანული დიკარბოქსილის მჟავა (ქლოროფილინი), ასევე მეთილის და ფიტოლის სპირტები. ქლოროფილინი არის ორგანული მეტალის ნაერთი, რომელიც დაკავშირებულია მაგნიუმის პორფირინებთან და შეიცავს აზოტს.}

COOH

MgN₄OH₃₀C₃₂

COOH

ქლოროფილი ჩამოთვლილია როგორც ესტერი იმის გამო, რომ მეთილის სპირტის დარჩენილი ნაწილებია CH₃OH და ფიტოლ C₂₀H ₃₉OH შეცვალა კარბოქსილის ჯგუფების წყალბადი.

ზემოთ არის ქლოროფილ ალფას სტრუქტურული ფორმულა. თუ ყურადღებით დავაკვირდებით, ხედავთ, რომ ბეტა-ქლოროფილს აქვს კიდევ ერთი ჟანგბადის ატომი, მაგრამ ორი ნაკლები წყალბადის ატომი (CH₃-ის ნაცვლად). ამიტომ ალფა-ქლოროფილის მოლეკულური წონა უფრო დაბალია ვიდრე ბეტა.

მაგნიუმი დასახლდა ჩვენთვის საინტერესო ნივთიერების ნაწილაკში. იგი აერთიანებს პიროლის წარმონაქმნების 4 აზოტის ატომს. ელემენტარული და ალტერნატიული ორმაგი ბმების სისტემა შეიძლება შეინიშნოს პიროლის ბმებში.

ქრომოფორის ფორმირება, რომელიც წარმატებით ჯდება ქლოროფილის შემადგენლობაში - ეს არის N. შესაძლებელს ხდის მზის სპექტრის ცალკეული სხივების შთანთქმას და მის ფერს, იმისდა მიუხედავად, რომ დღის განმავლობაში მზე ისე იწვის. ალი, საღამოს კი ნახშირს ჰგავს.

მოდით გადავიდეთ ზომაზე. პორფირინის ბირთვი 10 ნმ დიამეტრით, ფიტოლის ფრაგმენტი 2 ნმ სიგრძისა აღმოჩნდა. ბირთვში ქლოროფილი არის 0,25 ნმ, შორისპიროლის აზოტის ჯგუფების მიკრონაწილაკები.

მინდა აღვნიშნო, რომ მაგნიუმის ატომი, რომელიც ქლოროფილის ნაწილია, არის მხოლოდ 0,24 ნმ დიამეტრის და თითქმის მთლიანად ავსებს თავისუფალ სივრცეს აზოტის პიროლის ჯგუფების ატომებს შორის, რაც ეხმარება ბირთვს. მოლეკულა უფრო ძლიერი იყოს.

შეიძლება დავასკვნათ, რომ ქლოროფილი (a და b) შედგება ორი კომპონენტისგან მარტივი სახელწოდებით ალფა და ბეტა.

ქლოროფილი a

მოლეკულის ფარდობითი მასა არის 893,52. განცალკევებულ ადგილას იქმნება შავი ფერის მიკროკრისტალები ლურჯი ელფერით. 117-120 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე დნება და გარდაიქმნება სითხეში.

ეთანოლში იგივე ქლოროფორმები, აცეტონში და ბენზოლებში ადვილად იხსნება. შედეგები იძენს ლურჯ-მწვანე ფერს და აქვს გამორჩეული თვისება - მდიდარი წითელი ფლუორესცენცია. ცუდად ხსნადი ნავთობის ეთერში. ისინი საერთოდ არ ყვავის წყალში.

ქლოროფილის ალფა ფორმულა: C₅₅H₇₂O₅N ₄მგ. ნივთიერება მისი ქიმიური სტრუქტურით კლასიფიცირებულია, როგორც ქლორი. რგოლში ფიტოლი ერთვის პროპიონის მჟავას, კერძოდ მის ნარჩენს.

ზოგიერთი მცენარეული ორგანიზმი, ქლოროფილი a-ს ნაცვლად, მის ანალოგს ქმნის. აქ ეთილის ჯგუფი (-CH₂-CH₃) II პიროლის რგოლში შეიცვალა ვინილით (-CH=CH. _{2). ასეთი მოლეკულა შეიცავს პირველ ვინილის ჯგუფს პირველ რგოლში, მეორე რგოლში მეორეში.}

ქლოროფილი b

ქლოროფილ-ბეტა ფორმულა შემდეგია: C₅₅H₇₀O₆N ₄მგ. ნივთიერების მოლეკულური წონაარის 903. ნახშირბადის ატომზე C₃ პიროლის რგოლში მეორე არის წყალბადის გარეშე მცირეოდენი ალკოჰოლი -H-C=O, რომელსაც აქვს ყვითელი ფერი. ეს არის განსხვავება ქლოროფილისგან ა.

ჩვენ გავბედავთ აღვნიშნოთ, რომ რამდენიმე ტიპის ქლოროფილი ბინადრობს უჯრედის სპეციალურ მუდმივ ნაწილებში, რომლებიც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მისი შემდგომი არსებობისთვის, პლასტიდები-ქლოროპლასტები.

ქლოროფილები c და d

ქლოროფილი გ. კლასიკური პორფირინი არის ის, რაც განასხვავებს ამ პიგმენტს.

წითელ წყალმცენარეებში ქლოროფილი დ. ზოგიერთს ეჭვი ეპარება მის არსებობაში. ითვლება, რომ ეს არის მხოლოდ ქლოროფილის დეგენერაციის პროდუქტი. ამ დროისთვის, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ქლოროფილი ასო d არის ზოგიერთი ფოტოსინთეზური პროკარიოტის მთავარი საღებავი.

ქლოროფილის თვისებები

ხანგრძლივი კვლევის შემდეგ, აღმოჩნდა მტკიცებულება, რომ მცენარეში არსებული და მისგან მიღებული ქლოროფილის მახასიათებლებში განსხვავებაა. მცენარეებში ქლოროფილი დაკავშირებულია ცილებთან. ამას მოწმობს შემდეგი დაკვირვებები:

1. ქლოროფილის შთანთქმის სპექტრი ფოთოლში განსხვავებულია მოპოვებულთან შედარებით.
2. არარეალურია აღწერის საგანი სუფთა სპირტით გამხმარი მცენარეებიდან. მოპოვება უსაფრთხოდ მიმდინარეობს კარგად დატენიანებული ფოთლებით, ან წყალი უნდა დაემატოს ალკოჰოლს. სწორედ ის ანადგურებს ქლოროფილთან დაკავშირებულ პროტეინს.
3. მცენარის ფოთლებიდან ამოღებული მასალა სწრაფად ნადგურდება ქვეშჟანგბადის, კონცენტრირებული მჟავის, სინათლის სხივების გავლენა.

მაგრამ მცენარეებში ქლოროფილი მდგრადია ყოველივე ზემოთქმულის მიმართ.

ქლოროპლასტები

ქლოროფილის მცენარეები შეიცავს 1% მშრალ ნივთიერებას. ის გვხვდება სპეციალურ უჯრედულ ორგანელებში – პლასტიდებში, რაც გვიჩვენებს მის არათანაბარ განაწილებას მცენარეში. უჯრედების პლასტიდებს, რომლებიც შეღებილია მწვანედ და შეიცავს ქლოროფილს, ეწოდება ქლოროპლასტები.

H₂O-ის რაოდენობა ქლოროპლასტებში მერყეობს 58-დან 75%-მდე, მშრალი ნივთიერების შემცველობა შედგება ცილების, ლიპიდების, ქლოროფილისა და კაროტინოიდებისაგან.

ქლოროფილის ფუნქციები

მეცნიერებმა აღმოაჩინეს საოცარი მსგავსება ქლოროფილისა და ჰემოგლობინის მოლეკულების განლაგებაში, ადამიანის სისხლის მთავარი სასუნთქი კომპონენტი. განსხვავება იმაში მდგომარეობს, რომ შუაში მდებარე პინცერის შეერთებაში მაგნიუმი მოთავსებულია მცენარეული წარმოშობის პიგმენტში, რკინა კი ჰემოგლობინში.

ფოტოსინთეზის დროს პლანეტის მცენარეულობა შთანთქავს ნახშირორჟანგს და გამოყოფს ჟანგბადს. აქ არის ქლოროფილის კიდევ ერთი შესანიშნავი ფუნქცია. აქტივობის თვალსაზრისით, ის შეიძლება შევადაროთ ჰემოგლობინს, მაგრამ ადამიანის სხეულზე ზემოქმედების რაოდენობა გარკვეულწილად უფრო დიდია.

ქლოროფილი არის მცენარეული პიგმენტი, რომელიც მგრძნობიარეა სინათლის მიმართ და დაფარულია მწვანეში. შემდეგი მოდის ფოტოსინთეზი, რომლის დროსაც მისი მიკრონაწილაკები მცენარეთა უჯრედების მიერ შთანთქმული მზის ენერგიას ქიმიურ ენერგიად გარდაქმნის.

შეიძლება მივიდეთ შემდეგ დასკვნამდე, რომ ფოტოსინთეზი არის პროცესიმზის ენერგიის გარდაქმნა. თუ თანამედროვე ინფორმაციას ენდობით, შენიშნა, რომ ორგანული ნივთიერებების სინთეზი ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან სინათლის ენერგიის გამოყენებით სამ ეტაპად იშლება.

ეტაპი 1

ეს ფაზა ხორციელდება წყლის ფოტოქიმიური დაშლის პროცესში, ქლოროფილის დახმარებით. მოლეკულური ჟანგბადი გამოიყოფა.

ეტაპი 2

აქ არის რამდენიმე რედოქსული რეაქცია. ისინი იღებენ ციტოქრომების და სხვა ელექტრონის მატარებლების აქტიურ დახმარებას. რეაქცია ხდება სინათლის ენერგიის გამო, რომელიც ელექტრონების მიერ წყლიდან NADPH-ში გადადის და ატფ-ს წარმოქმნის. სინათლის ენერგია აქ ინახება.

ეტაპი 3

NADPH და უკვე წარმოქმნილი ATP გამოიყენება ნახშირორჟანგის ნახშირწყლად გადაქცევისთვის. აბსორბირებული სინათლის ენერგია ჩართულია 1 და 2 სტადიის რეაქციებში. ბოლო, მესამეს რეაქციები ხდება სინათლის მონაწილეობის გარეშე და ბნელს უწოდებენ.

ფოტოსინთეზი ერთადერთი ბიოლოგიური პროცესია, რომელიც ხდება თავისუფალი ენერგიის გაზრდით. პირდაპირ ან ირიბად უზრუნველყოფს ხელმისაწვდომ ქიმიურ საწარმოს ორფეხა, ფრთიანი, უფრთო, ოთხფეხა და დედამიწაზე მცხოვრებ სხვა ორგანიზმებს.

ჰემოგლობინი და ქლოროფილი

ჰემოგლობინისა და ქლოროფილის მოლეკულებს აქვთ რთული, მაგრამ ამავე დროს მსგავსი ატომური სტრუქტურა. მათ სტრუქტურაში გავრცელებულია პროფინი - პატარა რგოლების ბეჭედი. განსხვავება ჩანს პროფინთან მიმაგრებულ პროცესებში და შიგნით მდებარე ატომებში: რკინის ატომი (Fe) ჰემოგლობინში, ქლოროფილში.მაგნიუმი (მგ).

ქლოროფილი და ჰემოგლობინი მსგავსია სტრუქტურით, მაგრამ ქმნიან განსხვავებულ ცილოვან სტრუქტურას. ქლოროფილი წარმოიქმნება მაგნიუმის ატომის გარშემო, ხოლო ჰემოგლობინი წარმოიქმნება რკინის გარშემო. თუ აიღებთ თხევადი ქლოროფილის მოლეკულას და გათიშეთ ფიტოლის კუდი (20 ნახშირბადის ჯაჭვი), შეცვალეთ მაგნიუმის ატომი რკინით, მაშინ პიგმენტის მწვანე ფერი გახდება წითელი. შედეგი არის ჰემოგლობინის დასრულებული მოლეკულა.

ქლოროფილი ადვილად და სწრაფად შეიწოვება, სწორედ ასეთი მსგავსების წყალობით. კარგად უჭერს მხარს ორგანიზმს ჟანგბადის შიმშილის დროს. ის აჯერებს სისხლს საჭირო მიკროელემენტებით, აქედან უკეთ გადააქვს სიცოცხლისთვის უმნიშვნელოვანესი ნივთიერებები უჯრედებში. ხდება ნარჩენების, ტოქსინების, ნარჩენების პროდუქტების დროული გამოყოფა ბუნებრივი მეტაბოლიზმის შედეგად. მოქმედებს მიძინებულ ლეიკოციტებზე, აღვიძებს მათ.

აღწერილი გმირი შიშისა და საყვედურის გარეშე იცავს, ამაგრებს უჯრედულ გარსებს და ეხმარება შემაერთებელი ქსოვილის აღდგენაში. ქლოროფილის დამსახურება მოიცავს წყლულების, სხვადასხვა ჭრილობებისა და ეროზიების სწრაფ შეხორცებას. აუმჯობესებს იმუნურ ფუნქციას, ხაზს უსვამს დნმ-ის მოლეკულების პათოლოგიური დარღვევების შეჩერების უნარს.

დადებითი ტენდენცია ინფექციური და გაციების მკურნალობაში. ეს არ არის განხილული ნივთიერების კარგი საქმეების მთელი სია.