Քլորոֆիլ բանաձևը և դրա դերը ֆոտոսինթեզի գործընթացում

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Ինչու՞ է խոտը, ինչպես նաև ծառերի ու թփերի տերևները կանաչ: Ամեն ինչ քլորոֆիլի մասին է: Դուք կարող եք վերցնել գիտելիքների ամուր պարան և ամուր ծանոթանալ նրա հետ։

Պատմություն

Եկեք մի փոքր էքսկուրսիա կատարենք համեմատաբար ոչ վաղ անցյալում: Ջոզեֆ Բիենեմ Կավանթուն և Պիեռ Ժոզեֆ Պելետյեն նրանք են, ում հետ պետք է սեղմել ձեռքերը: Գիտնականները փորձել են տարբեր բույսերի տերևներից առանձնացնել կանաչ պիգմենտը։ Ջանքերը հաջողությամբ պսակվեցին 1817 թվականին։

Պիգմենտը ստացել է քլորոֆիլ անվանումը: Հունական chloros, կանաչ և phyllon, տերեւից: Անկախ վերը նշվածից, 20-րդ դարի սկզբին Միխայիլ Ցվետը և Ռիչարդ Վիլստետերը եկան այն եզրակացության, որ պարզվում է, որ քլորոֆիլը պարունակում է մի քանի բաղադրիչ։

Թևերը թաթախելով՝ Ուիլշտեթերը գործի անցավ: Մաքրումը և բյուրեղացումը բացահայտեցին երկու բաղադրիչ. Դրանք պարզապես կոչվում էին ալֆա և բետա (ա և բ): 1915 թվականին այս նյութի հետազոտության ոլորտում կատարած աշխատանքի համար նա հանդիսավոր կերպով արժանացել է Նոբելյան մրցանակի։

1940 թվականին Հանս Ֆիշերն առաջարկեց աշխարհին քլորոֆիլ «a»-ի վերջնական կառուցվածքը։ Սինթեզի արքա Ռոբերտ Բըրնս Վուդվորդը և Ամերիկայից մի քանի գիտնականներ 1960 թվականին ստացան անբնական քլորոֆիլ: Եվ այսպես բացվեց գաղտնիության վարագույրը՝ քլորոֆիլի տեսքը։

Քիմիականհատկություններ

Քլորոֆիլի բանաձևը, որը որոշվել է փորձարարական ցուցանիշներով, ունի հետևյալ տեսքը՝ C₅₅H₇₂O_5N4_{Մգ. Դիզայնը ներառում է օրգանական դիկարբոքսիլաթթու (քլորոֆիլին), ինչպես նաև մեթիլ և ֆիտոլ սպիրտներ: Քլորոֆիլինը մագնեզիումի պորֆիրինների հետ կապված օրգանոմետաղային միացություն է և պարունակում է ազոտ։}

COOH

MgN₄OH₃₀C₃₂

COOH

Քլորոֆիլը նշված է որպես էսթեր, քանի որ մեթիլ սպիրտի մնացած մասերն են CH₃OH և ֆիտոլ C₂₀H ₃₉OH-ը փոխարինեց կարբոքսիլային խմբերի ջրածին:

Վերևում ներկայացված է քլորոֆիլ ալֆայի կառուցվածքային բանաձևը: Ուշադիր նայելով դրան՝ կարող եք տեսնել, որ բետա-քլորոֆիլն ունի մեկ թթվածնի ավել, բայց երկու պակաս ջրածնի ատոմ (CH₃-ի փոխարեն CHO խումբ): Հետևաբար ալֆա-քլորոֆիլի մոլեկուլային քաշը ավելի ցածր է, քան բետաինը։

Մագնեզիումը նստել է մեզ հետաքրքրող նյութի մասնիկի մեջտեղում։ Այն միանում է պիրոլի գոյացությունների ազոտի 4 ատոմների հետ։ Տարրական և փոփոխական կրկնակի կապերի համակարգը կարելի է դիտարկել պիրոլային կապերում։

Քրոմոֆոր առաջացում, որը հաջողությամբ տեղավորվում է քլորոֆիլի բաղադրության մեջ՝ սա N է: Այն հնարավորություն է տալիս կլանել արեգակնային սպեկտրի առանձին ճառագայթները և նրա գույնը՝ անկախ այն հանգամանքից, որ օրվա ընթացքում արևը այրվում է բոց, իսկ երեկոյան այն կարծես մխացող ածուխ լինի։

Անցնենք չափերին։ Պորֆիրինի միջուկը 10 նմ տրամագծով է, ֆիտոլի բեկորը պարզվել է, որ երկարությունը 2 նմ է։ Միջուկում քլորոֆիլը 0,25 նմ է, միջպիրոլի ազոտային խմբերի միկրոմասնիկներ.

Կցանկանայի նշել, որ մագնեզիումի ատոմը, որը քլորոֆիլի մի մասն է, ունի ընդամենը 0,24 նմ տրամագիծ և գրեթե ամբողջությամբ լրացնում է ազոտի պիրոլի խմբերի ատոմների միջև ազատ տարածությունը, որն օգնում է միջուկին: մոլեկուլն ավելի ուժեղ լինելու համար։

Կարելի է եզրակացնել, որ քլորոֆիլը (a և b) բաղկացած է երկու բաղադրիչից՝ պարզ անվանումներով ալֆա և բետա:

Քլորոֆիլ a

Մոլեկուլի հարաբերական զանգվածը 893,52 է։Առանձնացված նստվածքում առաջանում են սև գույնի միկրոբյուրեղներ՝ կապույտ երանգով։ Ցելսիուսի 117-120 աստիճան ջերմաստիճանում հալչում են և վերածվում հեղուկի։

Էթանոլում նույն քլորոֆորմները, ացետոնում և բենզոլներում հեշտությամբ լուծվում են: Արդյունքները ստանում են կապույտ-կանաչ գույն և ունեն տարբերակիչ հատկություն՝ հարուստ կարմիր լյումինեսցենտ: Վատ է լուծվում նավթային եթերի մեջ: Նրանք ընդհանրապես չեն ծաղկում ջրում։

Քլորոֆիլ ալֆա բանաձև՝ C₅₅H₇₂O₅N ₄մգ. Նյութը իր քիմիական կառուցվածքով դասակարգվում է որպես քլոր: Օղակում ֆիտոլը կցվում է պրոպիոնաթթվին, մասնավորապես՝ դրա մնացորդին։

Որոշ բույսերի օրգանիզմներ, քլորոֆիլ a-ի փոխարեն, կազմում են դրա նմանակը։ Այստեղ էթիլային խումբը (-CH₂-CH₃) II պիրոլի օղակում փոխարինվել է վինիլայինով (-CH=CH _{2): Նման մոլեկուլը պարունակում է առաջին վինիլային խումբը օղակի մեկում, երկրորդը օղակի երկրորդում:}

Քլորոֆիլ b

Քլորոֆիլ-բետա բանաձևը հետևյալն է. C₅₅H₇₀O₆N ₄մգ. Նյութի մոլեկուլային քաշը903 է: Ածխածնի C₃ պիրոլի օղակի երկրորդում կա ջրածնից զուրկ մի փոքր սպիրտ, որն ունի դեղին գույն: Սա է տարբերությունը քլորոֆիլ ա.

Մենք համարձակվում ենք նշել, որ մի քանի տեսակի քլորոֆիլներ գտնվում են բջջի հատուկ մշտական մասերում, որոնք կենսական նշանակություն ունեն դրա հետագա գոյության համար՝ պլաստիդներ-քլորոպլաստներ:

քլորոֆիլներ c և d

Քլորոֆիլ գ. Դասական պորֆիրինն այն է, ինչը տարբերում է այս պիգմենտը:

Կարմիր ջրիմուռներում քլորոֆիլ դ. Ոմանք կասկածում են դրա գոյությանը։ Ենթադրվում է, որ դա միայն քլորոֆիլ a-ի դեգեներացիայի արդյունք է: Այս պահին կարող ենք վստահորեն ասել, որ d տառով քլորոֆիլը որոշ ֆոտոսինթետիկ պրոկարիոտների հիմնական ներկն է։

Քլորոֆիլի հատկությունները

Երկար հետազոտություններից հետո ապացույցներ են ի հայտ եկել, որ բույսում առկա և դրանից ստացված քլորոֆիլի բնութագրերի տարբերություն կա: Բույսերի քլորոֆիլը կապված է սպիտակուցի հետ։ Այս մասին վկայում են հետևյալ դիտարկումները.

1. Տերևում քլորոֆիլի կլանման սպեկտրը տարբերվում է արդյունահանվածի համեմատությամբ:
2. Անիրատեսական է նկարագրության թեման ստանալ մաքուր սպիրտով չորացրած բույսերից։ Արդյունահանումը ապահով կերպով ընթանում է լավ խոնավացած տերևներով, կամ ջուրը պետք է ավելացվի ալկոհոլի մեջ: Հենց նա է քայքայում քլորոֆիլի հետ կապված սպիտակուցը։
3. Բույսի տերևներից դուրս բերված նյութը արագ քայքայվում է տակիցթթվածնի, խտացված թթվի, լույսի ճառագայթների ազդեցությունը։

Բայց բույսերի քլորոֆիլը դիմացկուն է վերը նշված բոլորի նկատմամբ:

Քլորոպլաստներ

Քլորոֆիլ բույսերը պարունակում են 1% չոր նյութ։ Այն կարող է հայտնաբերվել հատուկ բջջային օրգանելներում՝ պլաստիդներում, ինչը ցույց է տալիս դրա անհավասար բաշխումը բույսում։ Բջիջների պլաստիդները, որոնք ունեն կանաչ գույն և պարունակում են քլորոֆիլ, կոչվում են քլորոպլաստներ:

H₂O-ի քանակը քլորոպլաստներում տատանվում է 58-ից մինչև 75%, չոր նյութի պարունակությունը բաղկացած է սպիտակուցներից, լիպիդներից, քլորոֆիլից և կարոտինոիդներից:

Քլորոֆիլի ֆունկցիաներ

Գիտնականները զարմանալի նմանություն են հայտնաբերել քլորոֆիլի և հեմոգլոբինի մոլեկուլների՝ մարդու արյան հիմնական շնչառական բաղադրիչի դասավորության մեջ: Տարբերությունն այն է, որ մեջտեղի պինցերային հանգույցում մագնեզիումը գտնվում է բուսական ծագման պիգմենտում, իսկ երկաթը՝ հեմոգլոբինում։

Ֆոտոսինթեզի ընթացքում մոլորակի բուսականությունը կլանում է ածխաթթու գազը և արտազատում թթվածին: Ահա քլորոֆիլի ևս մեկ հիանալի գործառույթ: Ակտիվության առումով այն կարելի է համեմատել հեմոգլոբինի հետ, սակայն մարդու օրգանիզմի վրա ազդեցության չափը մի փոքր ավելի մեծ է։

Քլորոֆիլը բուսական պիգմենտ է, որը զգայուն է լույսի նկատմամբ և պատված է կանաչ գույնով: Հաջորդը գալիս է ֆոտոսինթեզը, որի ընթացքում նրա միկրոմասնիկները բույսերի բջիջների կողմից կլանված արևի էներգիան վերածում են քիմիական էներգիայի։

Կարելի է գալ հետևյալ եզրակացությունների, որ ֆոտոսինթեզը գործընթաց էարեգակնային էներգիայի փոխակերպում. Եթե վստահում եք ժամանակակից տեղեկատվությանը, ապա նկատվել է, որ ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութերի սինթեզը լույսի էներգիայի միջոցով բաժանվում է երեք փուլի։

Փուլ 1

Այս փուլն իրականացվում է ջրի ֆոտոքիմիական տարրալուծման գործընթացում՝ քլորոֆիլի օգնությամբ։ Ազատվում է մոլեկուլային թթվածին։

Փուլ 2

Այստեղ կան մի քանի ռեդոքս ռեակցիաներ: Նրանք վերցնում են ցիտոքրոմների և այլ էլեկտրոնային կրիչների ակտիվ օգնությունը: Ռեակցիան տեղի է ունենում լույսի էներգիայի շնորհիվ, որը էլեկտրոնների միջոցով փոխանցվում է ջրից դեպի NADPH և ձևավորում ATP: Լույսի էներգիան այստեղ պահվում է։

Փուլ 3

NADPH-ը և արդեն ձևավորված ATP-ն օգտագործվում են ածխածնի երկօքսիդը ածխաջրերի վերածելու համար: Կլանված լույսի էներգիան ներգրավված է 1-ին և 2-րդ փուլերի ռեակցիաներում։ Վերջին, երրորդի ռեակցիաները տեղի են ունենում առանց լույսի մասնակցության և կոչվում են մութ։

Ֆոտոսինթեզը միակ կենսաբանական գործընթացն է, որը տեղի է ունենում ազատ էներգիայի ավելացման հետ: Ուղղակի կամ անուղղակիորեն մատչելի քիմիական ձեռնարկություն է ապահովում երկոտանի, թեւավոր, անթև, չորքոտանի և երկրի վրա ապրող այլ օրգանիզմների համար:

Հեմոգլոբին և քլորոֆիլ

Հեմոգլոբինի և քլորոֆիլի մոլեկուլներն ունեն բարդ, բայց միևնույն ժամանակ նման ատոմային կառուցվածք։ Նրանց կառուցվածքում տարածված է պրոֆինը` փոքր օղակների օղակը: Տարբերությունը նկատվում է պրոֆինին կցված գործընթացներում և ներսում գտնվող ատոմներում՝ երկաթի ատոմը (Fe) հեմոգլոբինում, քլորոֆիլում։մագնեզիում (մգ).

Քլորոֆիլը և հեմոգլոբինը կառուցվածքով նման են, բայց կազմում են տարբեր սպիտակուցային կառուցվածքներ: Քլորոֆիլը ձևավորվում է մագնեզիումի ատոմի շուրջ, իսկ հեմոգլոբինը` երկաթի շուրջ: Եթե վերցնեք հեղուկ քլորոֆիլի մոլեկուլ և անջատեք ֆիտոլի պոչը (20 ածխածնային շղթա), մագնեզիումի ատոմը փոխեք երկաթի, ապա պիգմենտի կանաչ գույնը կդառնա կարմիր: Արդյունքն ավարտված հեմոգլոբինի մոլեկուլ է:

Քլորոֆիլը հեշտությամբ և արագ ներծծվում է հենց նման նմանության շնորհիվ: Լավ աջակցում է օրգանիզմին թթվածնային սովի ժամանակ: Այն հագեցնում է արյունը անհրաժեշտ հետքի տարրերով, այստեղից ավելի լավ է տեղափոխում կյանքի համար ամենակարևոր նյութերը բջիջներ։ Տեղի է ունենում բնական նյութափոխանակության արդյունքում առաջացող թափոնների, տոքսինների, թափոնների ժամանակին արտազատում: Ազդում է քնած լեյկոցիտների վրա՝ արթնացնելով դրանք։

Նկարագրված հերոսը, առանց վախի և նախատինքի, պաշտպանում, ամրացնում է բջջային թաղանթները և օգնում կապի հյուսվածքի վերականգնմանը: Քլորոֆիլի առավելությունները ներառում են խոցերի, տարբեր վերքերի և էրոզիայի արագ բուժումը: Բարելավում է իմունային ֆունկցիան, ընդգծում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլների պաթոլոգիական խանգարումները դադարեցնելու ունակությունը։

Դրական միտում վարակիչ և մրսածության բուժման գործում. Սա դիտարկվող նյութի բարի գործերի ամբողջ ցանկը չէ։