25-09-2023
| Хлорофилл а | |
| Общие | |
|---|---|
| Хим. формула | C55H72N4O5Mg |
| Физические свойства | |
| Молярная масса | 893.49 г/моль |
| Термические свойства | |
| Т. плав. | 117-120 °C |
| Т. кип. | разлагается °C |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | |
| PubChem | |
| SMILES |
|
| ChemSpider | |
| Безопасность | |
| NFPA 704 | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Хлорофилл a это особая форма хлорофилла, используемая для оксигенного фотосинтеза. Он поглощает максимальное количество энергии из фиолетово-голубой и оранжево-красной части спектра.[1] Этот пигмент жизненно необходим для фотосинтеза в клетках эукариот, цианобактерий и прохлорофитов из-за своей способности отдавать возбуждённые электроны в электрон-транспортную цепь.[2] Хлорофилл a также является частью антенного комплекса и передаёт резонансную энергию, которая затем поступает в реакционный центр, где расположены специальные хлорофиллы P680 и P700.[3]
Хлорофилл a необходим большинству фотосинтезирующих организмов, для преобразования энергии света в химическую энергию, но это не единственный пигмент, который может быть использован для фотосинтеза. Все организмы с оксигенным типом фотосинтеза используют хлорофилл a, но имеют разные вспомогательные пигменты, как, например хлорофилл b.[2] В небольших количествах можно обнаружить хлорофилл a у зелёных серобактерий, — анаэробных фотоавтотрофов.[4] Эти организмы используют бактериохлорофиллы и некоторое количество хлорофилла a, но не производят кислород.[4] В отношении таких процессов употребляется термин аноксигенный фотосинтез.
Молекула хлорофилла состоит из кольца хлорина с Mg в центре, радикалов-заместителей в кольце, и фитольного хвоста.
Хлорофилл a состоит из центрального иона магния, заключённого в кольцо из четырёх ионов азота, также известного, как хлорин. Хлориновое кольцо это гетероциклическое соединение, образованное из пирролов, окружающих атом металла. Именно Mg в центре однозначно отличает структуру молекулы хлорофилла от других молекул.[5]
В кольце хлорофилла a есть заместители. Каждый тип хлорофиллов характеризуется своими заместителями, и, соответственно, своим спектром поглощения.[6]В качестве заместителей хлорофилл a содержит только метильные группы (CH3). В хлорофилле b метильная группа у третьего атома кольца (зелёная рамочка на картинке) замещена на альдегидную группу.[4] Порфириновое кольцо бактериохлорофиллов более насыщено — в нём не хватает чередования одинарной и двойной связи, что уменьшает спектр поглощаемого молекулами света.[7]
К порфириновому кольцу присоединён длинный фитольный хвост.[2] Это длинный гидрофобный радикал, который прикрепляет хлорофилл a к гидрофобным белкам мембраны тилакоида.[2] Отсоединившись от порфиринового кольца, этот длинный гидрофобный хвост становится предшественником двух биомаркёров — пристана и фитана, оба из которых важны для геохимических исследований и определения качества нефти.
В биосинтезе хлорофилла a принимают участие несколько ферментов[8]. Биосинтез бактериохлорофилла a и хлорофилла a осуществляют схожие ферменты, которые при некоторых условиях могут взаимно заменять друг друга[8]. Всё начинается с глутаминовой кислоты, которая превращается в 5-аминолевулиновую кислоту. Затем две молекулы этой кислоты восстанавливаются до порфобилиногена, четыре молекулы которого формируют протопорфирин IX[5]. После формирования протопорфирина фермент Mg-хелатаза катализирует включение иона Mg в структуру хлорофилла a[8]. Далее происходит циклизация радикала в шестом положении кольца и образуется протохлорофиллид, у которого в ходе светозависимой реакции с участием фермента протохлорофиллид оксидоредуктаза происходит восстановление двойной связи в цикле D[5]. Завершается биосинтез хлорофилла присоединением фитольного хвоста[9].
Хлорофилл a поглощает свет в фиолетовой, голубой и красной частях спектра, отражая в основном зелёный цвет, что и придаёт ему характерную окраску. Спектр его поглощения расширяется за счёт вспомогательных пигментов[2](например, совместное использование хлорофилла b вместе с хлорофиллом a). В условиях плохой освещённости, растения повышают соотношение хлорофилл b/хлорофилл a, синтезируя больше молекул первого чем второго, и, таким образом, увеличивают производительность фотосинтеза.[6]
Кванты света, поглощённые пигментами, возбуждают их электроны, в результате чего энергия света преобразуется в энергию химической связи. Поскольку молекулы хлорофилла a могут поглощать только световые волны определённые длины, многие организмы используют вспомогательные пигменты (помечены на рисунке жёлтым цветом), чтобы увеличить спектр поглощения.[3] Вспомогательные пигменты передают собранную энергию от одного пигмента к другому в виде резонансной энергии, до тех пор, пока она не достигнет специальной пары молекул хлорофилла a в реакционном центре[6] — P680 в фотосистеме II и P700 в фотосистеме I.[10] P680 и P700 основные доноры электронов для электрон-транспортной цепи.
|
||||||||||||||||||
Хлорофилл а.
