Хлорофилл

Структура хлорофилла c1 и c2

Хлорофи́лл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный органический пигмент, обусловливающий окраску хлоропластов растений в зелёный цвет. Он определяет ключевые процессы фотосинтеза. Хлорофилл - это не одно вещество, а несколько очень близких по строению; его крупная молекула сохраняет функциональность при небольших структурных и количественных изменениях в её составе. Близкие по химическому строению хлорофиллы — магниевые комплексы различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему.

Хлорофилл зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е140.

Синтез

Синтезирован Робертом Бёрнсом Вудвордом в 1960 году.

В природе

Ошибка создания миниатюры: Файл не найден

Листва деревьев

Цвет листвы фотосинтезирующих растений обусловлен высокой концентрацией хлорофилла

Хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах — высших растениях, водорослях, сине-зелёных водорослях (цианобактериях), фотоавтотрофных простейших (иное название — протисты; систематическая группа пересекается с водорослями) и фотоавтотрофных бактериях.

Некоторые высшие растения, наоборот, лишены хлорофилла (Петров Крест).

Свойства и функция при фотосинтезе

Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм (где находится и максимум чувствительности глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий, частично — красный свет из солнечного спектра (чем и обуславливается зелёный цвет отражённого света). Это очевидно связано с выживанием и приспособляемостью животных и человека к среде обитания. Наша зрительная система именно создана природой так, что она воспринимает спектр зелёных и красных лучей более интенсивно, чем синих. Больше того, спектр фиолетовых, синих лучей воспринимается клетками сетчатки — «синими» колбочками ограниченно и обособленно, лишь в том объеме, который необходим для выживания. Что касается палочек, то они вообще созданы для жизни в условиях слабого освещения и ночью и работают изолировано от колбочек. Т.е. фотосинтез в природе и жизнь — неразрывны!

Химическая структура

Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — порфирина с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерефицированными). Так, хлорофилл a имеет карбоксиметильную группу при С₁₀, фитоловый эфир пропионовой кислоты — при С₇. Удаление магния, легко достигаемое мягкой кислотной обработкой, дает продукт, известный как феофитин. Гидролиз фитоловой эфирной связи хлорофилла приводит к образованию хлорофиллида (хлорофиллид, лишенный атома металла, известен как феофорбид).

Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в безводных органических растворителях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в HCl, в частности для определения наличия или отсутствия этерефицированных спиртов. Хлороводородное число определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объема эфирного раствора пигмента экстрагируется ²/₃ общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объем 30%-ного раствора KOH в MeOH. В интерфазе должно образовываться окрашенное кольцо. С помощью тонкослойной хроматографии можно быстро определять хлорофиллы в сырых экстрактах.

Хлорофиллы неустойчивы на свету; они могут окисляться до алломерных хлорофиллов на воздухе в метанольном или этанольном растворе.

Хлорофиллы образуют комплексы с белками in vivo и могут быть выделены в таком виде. В составе комплексов их спектры поглощения значительно отличаются от спектров свободных хлорофиллов в органических растворителях.

Хлорофиллы можно получить в виде кристаллов. Добавление H₂O или Ca²⁺ к органическому растворителю способствует кристаллизации.

	Хлорофилл a	Хлорофилл b	Хлорофилл c1	Хлорофилл c2	Хлорофилл d
Формула	C55H72O5N4Mg	C55H70O6N4Mg	C35H30O5N4Mg	C35H28O5N4Mg	C54H70O6N4Mg
C3 группа	-CH=CH2	-CH=CH2	-CH=CH2	-CH=CH2	-CHO
C7 группа	-CH3	-CHO	-CH3	-CH3	-CH3
C8 группа	-CH2CH3	-CH2CH3	-CH2CH3	-CH=CH2	-CH2CH3
C17 группа	-CH2CH2COO-Phytyl	-CH2CH2COO-Phytyl	-CH=CHCOOH	-CH=CHCOOH	-CH2CH2COO-Phytyl
C17-C18 связь	простая	простая	двойная	двойная	простая
Распространение	Везде	Большинство наземных растений	Некоторые водоросли	Некоторые водоросли	Цианобактерии

• 

  Общая структура хлорофилла a, b и d

• 

  Оптический спектр поглощения хлорофиллов α (зелёный) и b (красный)

Применение

Хлорофилл находит применение как пищевая добавка (Регистрационный номер в европейском реестре E140), однако при хранении в этанольном растворе, особенно в кислой среде неустойчив, приобретает грязно-коричнево-зеленый оттенок, и не может использоваться как натуральный краситель. Нерастворимость нативного хлорофилла в воде также ограничивает его применение в качестве натурального пищевого красителя. Производное хлорофилла — хлофиллин медный комплекс (тринатриевая соль) получил распространение в качестве пищевого красителя (Регистрационный номер в европейском реестре E141). В отличие от нативного хлорофилла, медный комплекс устойчив в кислой среде, сохраняет изумрудно-зеленый цвет при длительном хранении и растворим в воде и водно-спиртовых растворах. Американская (USP) и Европейская (EP) фармакопеи относят хлорофиллид меди к пищевым красителям (но не пищевым добавкам!), однако вводят ограничения на концентрацию свободной и связанной меди (тяжелый металл).

Широко рекламируется применение хлорофилла в качестве БАД, для восстановления уровня гемоглобина, но получаемые с пищей порфирины не используются организмом для синтеза структурно сходного с ними гема.

См. также

• Хлоропласт

Ссылки

• Монтеверде Н. А., Любименко В. Н. «Исследования над образованием хлорофилла у растений» // Известия Императорской Академии наук. VII серия. — СПБ.: 1913. — Т. VII. — № 17. — С. 1007–1028.
• Speer, Brian R. (1997). «Photosynthetic Pigments» на сайте UCMP Glossary (online). University of California, Berkeley Museum of Paleontology. Verified availability August 4, 2005. (англ.)
• Chlorophyll d: the puzzle resolved (англ.)

U.s.Pharmacopeia (USP 26, NF21, p421)