صيغة الكلوروفيل ودورها في عملية التمثيل الضوئي

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

لماذا العشب ، وكذلك الأوراق على الأشجار والشجيرات ، خضراء؟ كل شيء عن الكلوروفيل. يمكنك أن تأخذ حبلًا قويًا من المعرفة وتكوين صداقة قوية معه.

التاريخ

لنأخذ رحلة قصيرة إلى الماضي القريب نسبيًا. جوزيف بينيمي كافانتو وبيير جوزيف بيليتير هم من يتصافحون. حاول رجال العلم فصل الصبغة الخضراء عن أوراق النباتات المختلفة. تكللت الجهود بالنجاح عام 1817.

تمت تسمية الصباغ بالكلوروفيل. من الكلوروس اليوناني ، الأخضر ، و phyllon ، أوراق. بغض النظر عما سبق ، في بداية القرن العشرين ، توصل ميخائيل تسفيت وريتشارد ويلستيتير إلى استنتاج مفاده أن الكلوروفيل يحتوي على عدة مكونات.

يشمر عن سواعده ، يستعد Willstetter للعمل. كشفت التنقية والتبلور عن مكونين. كان يطلق عليهم ببساطة ألفا وبيتا (أ و ب). لعمله في مجال البحث عن هذه المادة في عام 1915 ، حصل رسميًا على جائزة نوبل.

في عام 1940 ، اقترح هانز فيشر على العالم الهيكل النهائي للكلوروفيل "أ". حصل الملك التركيبي روبرت بيرنز وودوارد والعديد من العلماء من أمريكا على الكلوروفيل غير الطبيعي في عام 1960. وهكذا فُتح حجاب السرية - مظهر الكلوروفيل.

كيميائيخصائص

صيغة الكلوروفيل ، المحددة من المؤشرات التجريبية ، تبدو كما يلي: C₅₅H₇₂O_{5 N}4_{ملغ. يشتمل التصميم على حمض ثنائي الكربوكسيل العضوي (الكلوروفيلين) ، بالإضافة إلى كحول الميثيل والفيتول. الكلوروفيلين مركب عضوي معدني مرتبط ببورفيرين المغنيسيوم ويحتوي على النيتروجين.}

COOH

MgN₄OH₃₀C₃₂

COOH

تم إدراج الكلوروفيل كإستر نظرًا لحقيقة أن الأجزاء المتبقية من كحول الميثيل هي CH₃OH و phytol C₂₀H₃₉OH استبدلت هيدروجين مجموعات الكربوكسيل.

أعلاه هي الصيغة البنائية لألفا الكلوروفيل. بالنظر إليها بعناية ، يمكنك أن ترى أن بيتا كلوروفيل يحتوي على ذرة أكسجين أخرى ، ولكن ذرتين أقل من ذرات الهيدروجين (مجموعة CHO بدلاً من CH₃). ومن ثم فإن الوزن الجزيئي لألفا كلوروفيل أقل من وزن بيتا.

استقر المغنيسيوم في منتصف الجسيم من المادة التي تهمنا. يتحد مع 4 ذرات نيتروجين من تكوينات البيرول. يمكن ملاحظة نظام الروابط المزدوجة الأولية والمتناوبة في روابط البيرول.

تكوين Chromophore ، الذي يتناسب بنجاح مع تركيبة الكلوروفيل - هذا هو N. يجعل من الممكن امتصاص الأشعة الفردية من الطيف الشمسي ولونه ، بغض النظر عن حقيقة أن الشمس تحترق خلال النهار مثل اللهب ، وفي المساء يبدو وكأنه الفحم يحترق.

دعنا ننتقل إلى الحجم. يبلغ قطر نواة البورفيرين 10 نانومتر ، وقد تبين أن طول جزء فيتول يبلغ 2 نانومتر. في النواة ، يكون الكلوروفيل 0.25 نانومتر ، بينالجسيمات الدقيقة لمجموعات النيتروجين البيرول.

أود أن أشير إلى أن ذرة المغنيسيوم ، وهي جزء من الكلوروفيل ، يبلغ قطرها 0.24 نانومتر فقط وتملأ الفراغ الحر بالكامل تقريبًا بين ذرات مجموعات البيرول من النيتروجين ، مما يساعد جوهر أن يكون الجزيء أقوى.

يمكن استنتاج أن الكلوروفيل (أ و ب) يتكون من مكونين تحت الاسم البسيط ألفا وبيتا.

الكلوروفيل أ

الكتلة النسبية للجزيء هي 893.52. يتم إنشاء بلورات دقيقة من اللون الأسود مع صبغة زرقاء في الإقامة المنفصلة. عند درجة حرارة 117-120 درجة مئوية ، تذوب وتتحول إلى سائل.

في الإيثانول ، نفس الكلوروفورم ، في الأسيتون ، والبنزين يذوب بسهولة. تأخذ النتائج اللون الأزرق والأخضر ولها ميزة مميزة - التألق الأحمر الغني. قابل للذوبان بشكل سيئ في الأثير البترول. لا تتفتح إطلاقا في الماء

صيغة ألفا الكلوروفيل: C₅₅H₇₂O₅N₄ملغ. تصنف المادة في تركيبها الكيميائي على أنها كلور. في الحلقة ، فيتول مرتبط بحمض البروبيونيك ، أي بقاياه.

تشكل بعض الكائنات الحية النباتية نظيرها بدلاً من الكلوروفيل أ. هنا ، تم استبدال مجموعة الإيثيل (-CH₂-CH₃) في حلقة البيرول الثانية بفينيل واحد (-CH=CH_{2). يحتوي هذا الجزيء على مجموعة الفينيل الأولى في الحلقة الأولى ، والثانية في الحلقة الثانية.}

الكلوروفيل ب

صيغة

بيتا الكلوروفيل كما يلي: C₅₅H₇₀O₆N₄ملغ. الوزن الجزيئي للمادةهو 903. في ذرة الكربون C₃في الحلقة البيرولية الثانية ، يوجد القليل من الكحول الخالي من الهيدروجين –H-C=O ، والذي له لون أصفر. هذا هو الفرق من الكلوروفيل أ.

نجرؤ على ملاحظة أن عدة أنواع من الكلوروفيل تتواجد في أجزاء دائمة خاصة من الخلية ، وهي حيوية لاستمرار وجودها ، البلاستيدات - البلاستيدات الخضراء.

الكلوروفيل ج ود

الكلوروفيل ج. البورفيرين الكلاسيكي هو ما يجعل هذا الصباغ مختلفًا.

في الطحالب الحمراء ، الكلوروفيل د. يشك البعض في وجودها. يُعتقد أنه مجرد منتج تنكس للكلوروفيل أ. في الوقت الحالي ، يمكننا أن نقول بثقة أن الكلوروفيل بالحرف d هو الصبغة الرئيسية لبعض بدائيات النوى الضوئية.

خصائص الكلوروفيل

بعد بحث مطول ، ظهرت أدلة على وجود تباين في خصائص الكلوروفيل الموجود في النبات والمستخلص منه. الكلوروفيل في النباتات مرتبط بالبروتين. تشهد الملاحظات التالية على هذا:

1. طيف امتصاص الكلوروفيل في الورقة يختلف عند مقارنته بالطيف المستخرج.
2. من غير الواقعي الحصول على موضوع الوصف من النباتات المجففة بالكحول النقي. تتم عملية الاستخراج بأمان بأوراق مبللة جيدًا ، أو يجب إضافة الماء إلى الكحول. هي التي تكسر البروتين المرتبط بالكلوروفيل.
3. المواد المسحوبة من أوراق النبات تتلف بسرعة تحتهاتأثير الأكسجين والحمض المركز وأشعة الضوء

لكن الكلوروفيل في النباتات يقاوم كل ما سبق.

البلاستيدات الخضراء

تحتوي نباتات الكلوروفيل على 1٪ من المادة الجافة. يمكن العثور عليها في عضيات الخلية الخاصة - البلاستيدات ، مما يدل على توزيعها غير المتكافئ في النبات. تسمى بلاستيدات الخلايا الملونة باللون الأخضر والتي تحتوي على الكلوروفيل بالبلاستيدات الخضراء.

كمية H₂O في البلاستيدات الخضراء تتراوح من 58 إلى 75٪ ، محتوى المادة الجافة يتكون من البروتينات ، الدهون ، الكلوروفيل والكاروتينات.

وظائف الكلوروفيل

اكتشف العلماء تشابهًا مذهلاً في ترتيب جزيئات الكلوروفيل والهيموجلوبين ، المكون التنفسي الرئيسي لدم الإنسان. الفرق هو أنه في تقاطع الكماشة في المنتصف ، يوجد المغنيسيوم في صبغة من أصل نباتي ، ويتواجد الحديد في الهيموجلوبين.

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يمتص الغطاء النباتي للكوكب ثاني أكسيد الكربون ويطلق الأكسجين. ها هي وظيفة رائعة أخرى للكلوروفيل. من حيث النشاط ، يمكن مقارنته مع الهيموجلوبين ، لكن مقدار التأثير على جسم الإنسان أكبر إلى حد ما.

الكلوروفيل صبغة نباتية حساسة للضوء ومغلفة باللون الأخضر. يأتي بعد ذلك التمثيل الضوئي ، حيث تقوم جزيئاته الدقيقة بتحويل طاقة الشمس التي تمتصها الخلايا النباتية إلى طاقة كيميائية.

يمكن للمرء أن يصل إلى الاستنتاجات التالية بأن التمثيل الضوئي هو عمليةتحويل الطاقة الشمسية. إذا كنت تثق في المعلومات الحديثة ، فقد لوحظ أن تخليق المواد العضوية من غاز ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة الضوئية يتحلل إلى ثلاث مراحل.

المرحلة1

تتم هذه المرحلة في عملية التحلل الضوئي الكيميائي للماء ، بمساعدة الكلوروفيل. يتم تحرير الأكسجين الجزيئي.

المرحلة2

هناك العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال هنا. يأخذون المساعدة النشطة من السيتوكرومات وحاملات الإلكترون الأخرى. يحدث التفاعل بسبب الطاقة الضوئية المنقولة بواسطة الإلكترونات من الماء إلى NADPH وتشكيل ATP. يتم تخزين الطاقة الضوئية هنا.

المرحلة3

يتم استخدام NADPH و ATP المكونين بالفعل لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات. تشارك الطاقة الضوئية الممتصة في تفاعلات المرحلتين الأولى والثانية. ردود الفعل الأخيرة ، الثالثة ، تحدث بدون مشاركة الضوء وتسمى الظلام.

التمثيل الضوئي هو العملية البيولوجية الوحيدة التي تحدث مع زيادة الطاقة الحرة. يوفر بشكل مباشر أو غير مباشر مؤسسة كيميائية متاحة للقدمين ، المجنح ، بدون أجنحة ، رباعي الأرجل والكائنات الحية الأخرى التي تعيش على الأرض.

الهيموجلوبين والكلوروفيل

جزيئات الهيموجلوبين والكلوروفيل لها تركيبة معقده ، لكنها في نفس الوقت متشابهة في التركيب الذري. المشترك في هيكلها هو بروفين - حلقة من الحلقات الصغيرة. يظهر الاختلاف في العمليات المرتبطة بالبروفين ، وفي الذرات الموجودة بالداخل: ذرة الحديد (Fe) في الهيموجلوبين ، في الكلوروفيلالمغنيسيوم (ملغ).

الكلوروفيل والهيموجلوبين متشابهان في التركيب ، لكنهما يشكلان تراكيب بروتينية مختلفة. يتكون الكلوروفيل حول ذرة المغنيسيوم ، ويتكون الهيموجلوبين حول الحديد. إذا أخذت جزيء الكلوروفيل السائل وفصلت ذيل فيتول (20 سلسلة كربون) ، غير ذرة المغنيسيوم إلى حديد ، ثم يتحول اللون الأخضر للصبغة إلى اللون الأحمر. والنتيجة هي جزيء هيموجلوبين منتهي.

يتم امتصاص الكلوروفيل بسهولة وسرعة بفضل هذا التشابه. يدعم بشكل جيد كائن حي في جوع الأكسجين. إنه يشبع الدم بالعناصر النزرة اللازمة ، ومن هنا ينقل بشكل أفضل أهم المواد للحياة إلى الخلايا. هناك إطلاق في الوقت المناسب للنفايات والسموم ومنتجات النفايات الناتجة عن التمثيل الغذائي الطبيعي. له تأثير على الكريات البيض الخامدة وإيقاظها.

البطل الموصوف ، بدون خوف أو لوم ، يحمي ويقوي أغشية الخلايا ويساعد النسيج الضام على التعافي. تشمل مزايا الكلوروفيل الشفاء السريع للقرحة والجروح والتقرحات المختلفة. يحسن وظيفة المناعة ، ويسلط الضوء على القدرة على وقف الاضطرابات المرضية لجزيئات الحمض النووي.

اتجاه إيجابي في علاج الأمراض المعدية ونزلات البرد. هذه ليست القائمة الكاملة من الحسنات للمادة المعتبرة.