Klorofüll

Allikas: Vikipeedia
Disambig gray.svg  See artikkel on taimepigmendist, toiduvärvi kohta vaata artiklit Klorofüll (värv).

Klorofüll annab taimede lehtedele rohelise värvuse

Klorofüll (ka leheroheline) on taimedes, vetikates ja tsüanobakterites sisalduv pigment, mis annab neile rohelise värvuse. Selle nimi on tuletatud kreekakeelsetest sõnadest χλωρος kloros (roheline) and φύλλον füllon (leht). Klorofülli molekulid osalevad fotosünteesis ja võimaldavad taimedel muundada valgusenergiat keemiliseks energiaks. Klorofüll neelab valgust kõige tugevamini elektromagnetilise spektri sinises ja punases piirkonnas. Kuna nähtava valguse rohelise piirkonna kiirgust neelab klorofüll vähem, paistavad klorofülli ohtralt sisaldavad koed inimsilmale rohelised. [1]

Struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ruumiline klorofüll a molekuli kujutis

Klorofüll on kloriini pigment, mille struktuur on sarnane porfüriini pigmentidega. Klorofülli kloriiniringi keskel on magneesiumi ioon. Siin artiklis kujutatud struktuuridel on selguse mõttes kujutatud mõned Mg2+ tsentriga seondunud ligandid. Kloriiniringil võib olla mitmeid kõrvalahelaid, tavaliselt on nende hulgas ka fütooli ahel. Looduses esineb mitut tüüpi klorofülli, kõige levinum on tüüp a. Klorofüll a üldise struktuuri selgitas 1940. aastal välja Hans Fischer ja aastal 1960, kui oli teada suurem osa molekuli stereokeemiast, avaldas Robert Burns Woodward selle täieliku sünteesi. [2]. Aastal 1967 andis Ian Fleming vastused viimastele klorofüll a stereokeemiat puudutavatele küsimustele.[3]. 2010. aastal kuulutati välja, et tsüanobakterid ja teised oksügeensed stromatoliite moodustavad mikroorganismid sisaldavad kolorfüll f-i. [4] Klorofülli tüüpide erinevused on välja toodud allpool.

Klorofüll a Klorofüll b Klorofüll c1 Klorofüll c2 Klorofüll d Klorofüll f
Keemiline valem C55H72O5N4Mg C55H70O6N4Mg C35H30O5N4Mg C35H28O5N4Mg C54H70O6N4Mg C55H70O6N4Mg
C2 rühm -CH3 -CH3 -CH3 -CH3 -CH3 -CHO
C3 rühm -CH=CH2 -CH=CH2 -CH=CH2 -CH=CH2 -CHO -CH=CH2
C7 rühm -CH3 -CHO -CH3 -CH3 -CH3 -CH3
C8 rühm -CH2CH3 -CH2CH3 -CH2CH3 -CH=CH2 -CH2CH3 -CH2CH3
C17 rühm -CH2CH2COO-Fütüül -CH2CH2COO-Fütüül -CH=CHCOOH -CH=CHCOOH -CH2CH2COO-Fütüül -CH2CH2COO-Fütüül
C17-C18 side Üksikside
(kloriin)
Üksikside
(kloriin)
Kaksikside
(porfüriin)
Kaksikside
(porfüriin)
Üksikside
(kloriin)
Üksikside
(kloriin)
Esinemine Universaalne Peamiselt taimedes Erinevates vetikates Erinevates vetikates Tsüanobakterites Tsüanobakterites
Klorofüll a struktuur
Klorofüll b struktuur
Klorofüll d struktuur
Klorofüll c1 struktuur
Klorofüll c2 struktuur

Taime vananedes kaotavad selle lehed rohelise värvi – klorofüll muundub erinevateks värvituteks tetrapürroolideks, mida tuntakse mittekiirgavate klorofülli kataboliitide nime all. Nende üldine struktuur on järgmine:

Mittekiirgavad klorofülli kataboliidid

Neid ühendeid on leitud ka mitmetest küpsevatest viljadest.[5]

Klorofüll ja fotosüntees[muuda | redigeeri lähteteksti]

Taimed muundavad valgusenergiat keemiliseks energiaks fotosünteesi kaudu ja klorofüllil on fotosünteesis äärmiselt oluline roll. Klorofülli molekulid on paigutunud kloroplastide tülakoidide membraanides asetsevate fotosüsteemide sisse ja ümber. Nende komplekside kahte peamist funktsiooni täidab klorofüll. Suurema osa klorofülli molekulide ülesandeks on valguse neelamine ja selle valgusenergia edasikandmine fotosüsteemi reaktsioonitsentri spetsiaalsele klorofüllide paarile resonantse energiaülekande meetodil.

Eristatakse kahte fotosüsteemi, milleks on fotosüsteem II ja fotosüsteem I. Neile kummalegi on iseloomulikud erinevad reaktsioonitsentri klorofüllid, mida nimetatakse vastavalt P680-ks ja P700-ks. Need pigmendid on nimetatud nende punase valguse neeldumise maksimumi lainepikkuse (nanomeetrites) järgi. Klorofüllide tüüp, ülesanne ja spektraalsed omadused fotosüsteemides on erinevad ja sõltuvad klorofüllidest enestest ja neid ümbritsevast valgumaatriksist. Pärast valkudest eraldamist ja lahustamist näiteks atsetoonis või metanoolis[6] saab neid pigmente lihtsalt paberkromatograafia abil eraldada. Pigmendid eralduvad vastavalt sellele, kui palju on molekulidel polaarseid rühmi.

Reaktsioonitsentri klorofülli ülesandeks on läbida laengute eraldumise protsess teistelt klorofüllidelt saadud energia varal. Tegu on spetsiifilise redoksreaktsiooniga, kus klorofüll annab ära elektroni elektrontransportahelale. Laetud reaktsioonitsentri klorofüll (P680+) redutseeritakse seejärel tagasi esialgsesse seisundisse (klorofüll võtab vastu elektroni). Fotosüsteem II-s pärineb see elektron mitmeetapilisest vee oksüdeerimisest O2-ks ja H+-ks. Selle protsessi kaudu eritavad fotosünteesivad organismid O2 gaasi; vee oksüdeerimist fotosüsteem II-s võib pidada praktiliselt kogu Maa atmosfääri hapniku allikaks. Fotosüsteem I reaktsioonid järgnevad tavaliselt fotosüsteem II reaktsioonidele ja fotosüsteem I P700+ redutseeritakse tavaliselt fotosüsteem II-st pärit elektronidega. Elektronülekannete süsteemid tülakoidide membraanides on aga keerulised, nii et P700+-i redutseerivate elektronide allikas võib varieeruda.

Reaktsioonitsentri klorofüllipigmentide poolt tekitatud elektronide suunatud liikumist kasutatakse H+ ioonide viimiseks läbi tülakoidi membraani, mis tekitab elektrokeemilise potentsiaali. Seda kasutatakse peamiselt ATP keemilise energia tootmiseks. Kõne all olnud elektronid redutseerivad läbi mitme reaktsiooni NADP+-i NADPH-ks, mis on universaalne redutseerija ja mis leiab kasutust CO2 suhkruteks redutseerimisel ning ka teistel biosünteetilistel redutseerimistel.

Reaktsioonitsentri klorofülli ja valgu kompleksid on võimelised otse valgust neelama ja läbi viima laengute eraldamist ka ilma teiste klorofüllipigmentideta, kuid neelamise ristlõike pindala (tõenäosus neelata footon teatud valguse intensiivsuse korral) on väike. Seetõttu on fotosüsteemides palju klorofülli molekule ja fotosüsteemidega seotud antennipigmentide ja valkude komplekse, mis kõik neelavad footoneid ja transpordivad energia reaktsioonitsentrisse. Peale klorofüll a esineb valgust neelavates antennikompleksides ka teisi, kaaspigmente.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Speer, Brian R. Photosynthetic Pigments. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html, University of California Museum of Paleontology, 1997
  2. Woodward, R. B.; Ayer, W. A.; Beaton, J. M. The total synthesis of chlorophyll. Journal of the American Chemical Society, Vol 82 (14), 1960, lk 3800–3802.
  3. Fleming, I. Absolute Configuration and the Structure of Chlorophyll. Nature, Vol 16 (5111), 1967, lk 151–157. doi:10.1038/216151a0.
  4. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=new-form-chlorophyll.
  5. Müller, T.; Ulrich, M.; Ongania, K.-H.; Kräutler, B. Colorless Tetrapyrrolic Chlorophyll Catabolites Found in Ripening Fruit Are Effective Antioxidants. Angewandte Chemie, Vol 46 (45), 2007, lk 8699–8702. doi:10.1002/anie.200703587. ISSN 1433-7851. PMC 2912502. PMID 17943948.
  6. Marker, A.F.H. The use of acetone and methanol in the estimation of chlorophyll in the presence of phaeophytin. Freshwater Biology, Vol 2 (4), 1972, lk 361. doi:10.1111/j.1365-2427.1972.tb00377.