Ορισμός και ρόλος της χλωροφύλλης στη φωτοσύνθεση

Η χλωροφύλλη είναι το όνομα που δίνεται σε μια ομάδα μορίων πράσινης χρωστικής που βρίσκονται σε φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια. Οι δύο πιο συνηθισμένοι τύποι χλωροφύλλης είναι η χλωροφύλλη α, η οποία είναι μπλε-μαύρο αστήρ με τον χημικό τύπο Γ₅₅Η₇₂MgN₄Ο₅, και η χλωροφύλλη b, που είναι ένας σκούρος πράσινος εστέρας με τον τύπο C₅₅Η₇₀MgN₄Ο₆. Άλλες μορφές χλωροφύλλης περιλαμβάνουν τη χλωροφύλλη c1, c2, d και f. Οι μορφές της χλωροφύλλης έχουν διαφορετικές πλευρικές αλυσίδες και χημικούς δεσμούς, αλλά όλες χαρακτηρίζονται από έναν δακτύλιο χρωστικής χλωρίου που περιέχει ένα ιόν μαγνησίου στο κέντρο του.

Βασικές επιλογές: Χλωροφύλλη

Η λέξη "χλωροφύλλη" προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις χλώρος, που σημαίνει "πράσινο" και phyllon, που σημαίνει "φύλλα". Ο Joseph Bienaimé Caventou και ο Pierre Joseph Pelletier απομονώθηκαν για πρώτη φορά και ονόμασαν το μόριο το 1817.

Η χλωροφύλλη είναι ένα βασικό μόριο χρωστικής για φωτοσύνθεση, τα εργοστάσια χημικής διεργασίας χρησιμοποιούν για να απορροφούν και να χρησιμοποιούν ενέργεια από το φως. Χρησιμοποιείται επίσης ως χρωματισμός τροφίμων (E140) και ως αποσμητικό. Ως χρωματισμός τροφίμων, η χλωροφύλλη χρησιμοποιείται για την προσθήκη πράσινου χρώματος στα ζυμαρικά, στο αλκοολούχο αψέντι και σε άλλα τρόφιμα και ποτά. Ως κηρώδης οργανική ένωση, η χλωροφύλλη δεν είναι διαλυτή στο νερό. Αναμιγνύεται με μικρή ποσότητα λαδιού όταν χρησιμοποιείται στα τρόφιμα.

Γνωστός και ως: Η εναλλακτική ορθογραφία για τη χλωροφύλλη είναι το χλωροφύλιο.

ο συνολική ισορροπημένη εξίσωση για τη φωτοσύνθεση είναι:

6 CO₂ + 6 Ω₂Ο → Γ₆Η₁₂Ο₆ + 6 O₂

όπου διοξείδιο του άνθρακα και νερό αντιδρούν στην παραγωγή γλυκόζη και οξυγόνο. Ωστόσο, η συνολική αντίδραση δεν δείχνει την πολυπλοκότητα των χημικών αντιδράσεων ή των μορίων που εμπλέκονται.

Τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν χλωροφύλλη για να απορροφήσουν το φως (συνήθως ηλιακή ενέργεια) και να το μετατρέψουν σε χημική ενέργεια. Η χλωροφύλλη απορροφά έντονα το μπλε φως και επίσης λίγο κόκκινο φως. Απορροφά ανεπαρκώς το πράσινο (το αντανακλά), γι 'αυτό τα φύλλα και τα φύκια πλούσια σε χλωροφύλλη εμφανίζονται πράσινο.

Στα φυτά, η χλωροφύλλη περιβάλλει τα φωτοσυστήματα στη θυλακοειδή μεμβράνη του οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες, τα οποία συγκεντρώνονται στα φύλλα των φυτών. Η χλωροφύλλη απορροφά το φως και χρησιμοποιεί τη μεταφορά ενέργειας συντονισμού για την ενεργοποίηση κέντρων αντίδρασης στο φωτοσύστημα I και στο φωτοσύστημα II. Αυτό συμβαίνει όταν η ενέργεια από ένα φωτόνιο (φως) αφαιρεί ένα ηλεκτρόνιο από χλωροφύλλη στο κέντρο αντίδρασης P680 του φωτοσυστήματος II. Το ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας εισέρχεται σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Το P700 του φωτοσυστήματος I λειτουργεί με το φωτοσύστημα II, αν και η πηγή ηλεκτρονίων σε αυτό το μόριο χλωροφύλλης μπορεί να ποικίλει.

Τα ηλεκτρόνια που εισέρχονται στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται για την άντληση ιόντων υδρογόνου (Η⁺) κατά μήκος της θυλακοειδούς μεμβράνης του χλωροπλάστη. Το χημειοσωματικό δυναμικό χρησιμοποιείται για την παραγωγή του ενεργειακού μορίου ATP και για τη μείωση του NADP⁺ στο NADPH. Το NADPH, με τη σειρά του, χρησιμοποιείται για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) σε σάκχαρα, όπως η γλυκόζη.

Η χλωροφύλλη είναι το πιο ευρέως αναγνωρισμένο μόριο που χρησιμοποιείται για τη συλλογή φωτός για τη φωτοσύνθεση, αλλά δεν είναι η μόνη χρωστική ουσία που εξυπηρετεί αυτή τη λειτουργία. Η χλωροφύλλη ανήκει σε μια μεγαλύτερη κατηγορία μορίων που ονομάζονται ανθοκυανίνες. Ορισμένες ανθοκυανίνες λειτουργούν σε συνδυασμό με τη χλωροφύλλη, ενώ άλλες απορροφούν το φως ανεξάρτητα ή σε διαφορετικό σημείο του κύκλου ζωής ενός οργανισμού. Αυτά τα μόρια μπορούν να προστατεύσουν τα φυτά αλλάζοντας το χρώμα τους για να τα καταστήσουν λιγότερο ελκυστικά ως τρόφιμα και λιγότερο ορατά στα παράσιτα. Άλλες ανθοκυανίνες απορροφούν φως στο πράσινο τμήμα του φάσματος, επεκτείνοντας το εύρος του φωτός που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα φυτό.

Τα φυτά παράγουν χλωροφύλλη από τα μόρια γλυκίνη και σουκινυλ-CoA. Υπάρχει ένα ενδιάμεσο μόριο που ονομάζεται πρωτοχλωροφυλίδιο, το οποίο μετατρέπεται σε χλωροφύλλη. Στα αγγειοσπέρματα, αυτή η χημική αντίδραση εξαρτάται από το φως. Αυτά τα φυτά είναι ωχρά εάν καλλιεργούνται στο σκοτάδι επειδή δεν μπορούν να ολοκληρώσουν την αντίδραση για την παραγωγή χλωροφύλλης. Τα φύκια και τα μη αγγειακά φυτά δεν χρειάζονται φως για τη σύνθεση της χλωροφύλλης.

Το πρωτοχλωροφυλίδιο σχηματίζει τοξικές ελεύθερες ρίζες στα φυτά, επομένως η βιοσύνθεση της χλωροφύλλης ρυθμίζεται αυστηρά. Εάν ο σίδηρος, το μαγνήσιο ή ο σίδηρος είναι ανεπαρκείς, τα φυτά μπορεί να μην είναι σε θέση να συνθέσουν αρκετή χλωροφύλλη, εμφανίζοντας ωχρά ή χλωρωτικό. Η χλώρωση μπορεί επίσης να προκληθεί από ακατάλληλο pH (οξύτητα ή αλκαλικότητα) ή παθογόνα ή επίθεση εντόμων.