Реферати » Реферати по біології » Хлорофіл: його властивості і біосинтез

Хлорофіл: його властивості і біосинтез

Введення

Білки - високомолекулярні азотовмісні органічні речовини, молекули яких побудовані із залишків амінокислот. Білки складають до половини і більше сухої маси живої клітини.

Склад білків за хімічними елементами: C, O, H, N, іноді S. В білках зустрічаються також елементи Fe, Cu, Zn та ін. Та не хімічні елементи є «літерами алфавіту» , з яких складається все різноманіття
«слів» - молекул білків. Такими структурними елементами білків природа вибрала прості сполуки --амінокислоти.
Все білки складаються в основному з 20-амінокислот.

За складом білки діляться на прості і складні. Прості складаються тільки з амінокислотних залишків. Складні білки відрізняються від простих наявністю простетической групи. Складний білок, що втратив простетичної групу, називають анобелком. Складні білки поділяють на класи в залежності від складу і структури простетической групи

назва складних білків простетическая група

металопротеїни атоми металів гемопротеїни железопорфіріна Фосфопротеіни фосфатні групи глікопротеїни алігосахаріди, прості цукру протеоглікани полісахариди лігопротеіни ліпіди нуклеопротени
ДНК або РНК

Білки належать до високомолекулярних сполуки, до складу яких входять сотні і навіть тисячі амінокислотних залишків, об'єднаних в макромолекулярную структуру. Молекулярна маса білків коливається від 6000 до 1000000 дальтон і вище залежно від кількості окремих поліпептидних ланцюгів у складі єдиної молекулярної структури білка. Такі поліпептидні ланцюга отримали назву субодиниць. Їх молекулярна маса варіюється в широких межах: від 6000 до 100 000 і більше дальтон.

Хлорофіл

Хлорофіл відноситься до класу білків. Хлорофіл представляє собою
«одне з найцікавіших речовин на земній поверхні» (Ч. Дарвін), оскільки завдяки йому можливий синтез органічних речовин з неорганічних C і.

Найважливішу роль в процесі фотосинтезу грає зелений пігмент - хлорофіл. Французькі науковці Пелетье і Кавенту (1818) виділили з листя зелене речовина і його хлорофілом (від грецьк. «Хлорос» - зелений і
«Філлон» - лист). В даний час відомо близько 10 хлорофілів. Вони відрізняються за хімічною будовою, забарвленням, поширенню серед живих організмів. У всіх вищих рослин містяться хлорофілли а й b. Хлорофіл з міститься в діатомових водоростях, хлорофіл d - в червоних водоростях.
Крім того, відомі чотири бактериохлорофилла, що містяться в клітинах фотосинтезуючих бактерій. У клітинах зелених бактерій містяться бактеріохлорофілли с і d. В клітинах пурпурових бактерій - бактеріохлорофііли а й b. Основними пігментами, без яких фотосинтез не йде, є хлорофіл а для зелених рослин і бактеріохлорофіл для бактерій.

У перші точне уявлення і пігментах зеленого листа було отримано завдяки роботам найбільшого російського ботаніка М. С. Кольори. Він виділив пігменти аркуша в чистому вигляді і розробив новий хроматографический метод розділення речовин. Метод цей у подальшому отримав широке застосування, як в біохімії, так і в чисто хімічних дослідженнях.

Хлорофіли а й b розрізняються за кольором. Хлорофіл а має синьо-зелених відтінок, а хлорофіл b - жовто-зелений. Вміст хлорофілу а в аркуші приблизно в три рази більше порівняно з хлорофілом b.

Умови утворення хлорофілу.

Освіта хлорофілу здійснюється в 2 фази: перша фаза - темновая, під час якої утворюється попередник хлорофілу - протохлорофилл, а друга - світлова, при якій з протохлорофилла на світлі утворюється хлорофіл. Для утворення хлорофілу необхідна наявність заліза. При нестачі заліза виходять рослини, які характеризуються блідими смугами і слабкою зеленої забарвленням листя. Освіта хлорофілу залежить від температури. Оптимальна температура для накопичення хлорофілу
26-30 С. Як і слід було очікувати, від температури залежить лише освіту протохлорофилла (темновая фаза). При наявності вже утворилися протохлорофилла процес зеленения (світлова фаза) йде з однаковою швидкістю незалежно від температури. На швидкість утворення хлорофілу впливає змісту води. Сильне зневоднення проростків призводить до повного припинення освіти хлорофілу. Особливо чутливо до зневоднення освіту протохлорофилла.

Ще В. І. Палладін звернув увагу на необхідність вуглеводів для протікання процесу зеленения. Саме з цим пов'язано те, що зеленение проростків на світлі залежить від їхнього віку. Після 7-9-денного віку здатність до утворення хлорофілу у таких проростків різко падає. При обприскуванні сахарозою проростки знову починають інтенсивно зеленіти.

Найважливіше значення для освіти хлорофілу мають умови мінерального живлення. Перш за все, необхідна достатня кількості заліза. При нестачі заліза навіть листя дорослих рослин втрачають забарвлення.
Це названо хлорозом. Залізо - необхідний каталізатор освіти хлорофілу. Воно необхідне на етапі синтезу?-амінолевуліновой Кислоти з гліцерину і сукцинил-КоА, а також синтезу протопорфірину. Велике значення для забезпечення синтезу хлорофілу має нормальне постачання рослин азотом і магнієм, так як обидва ці елементи входять до складу хлорофілу. При нестачі міді хлорофіл легко руйнується. Це, мабуть, пов'язано з тим, що мідь сприяє утворенню стійких комплексів між хлорофілом і відповідними білками.

Дослідження процесу накопичення хлорофілу у рослин протягом вегетаційного періоду показало, що максимальний вміст хлорофілу приурочено до початку цвітіння. Є навіть думка, що підвищення освіти хлорофілу може бути використано як індикатор, який вказує на готовність рослин до цвітіння. Синтез хлорофілу залежить від діяльності кореневої системи. Так, при щепленнях зміст хлорофілу в листках прищепи залежить від властивостей кореневої системи підщепи. Можливо, що вплив кореневої системи пов'язано з тим, що там утворюються гормони (цитокініни). У дводомних рослин великим вмістом хлорофілу характеризуються листя жіночих особин.

Хімічні властивості хлорофілу.
За хімічним складом хлорофіл представляє складний ефір дикарбонової кислоти хлорофінілла. Хлорофінілл являє собою азотовмісна металоорганічні з'єднання, що відноситься до магній-Порфірини. У центрі молекулі хлорофілу розташований атом магнію, який сполучений з чотирма азотами піррольних угруповань. В піррольних угрупованнях хлорофілу є система чергуються подвійних і простих зв'язків. Це і є хромофорна група хлорофілу, яка обумовить його забарвлення.

Наявність магнію виявляється легко. Варто тільки подіяти на спиртову витяжку хлорофілу слабким розчином соляної або який-небудь інший кислоти, щоб визначити магній. При цьому відбудеться зміна забарвлення - витяжка набуває жовто-бурий відтінок. Хлорофіл без магнію отримав назву феофитина:

В молекулі феофитина порівняно легко ввести назад який-небудь метал і відновити металоорганічних зв'язок. Для цього до розчину феофитина додають уксуснокислую мідь або оцтовокислий цинк і нагрівають.
Цинк або мідь входять в молекулу хлорофілу, і витяжка стає знову зеленого кольору.

Хімічна формула була встановлена ??в 1913 році німецькими биохимиками
Р. Вильштеттером і А. Штоллем. Їм вдалося її встановити, послідовно отщепляя від молекули хлорофілу окремі її частини дією кислот і лугів, а в подальшому і нагріванням під тиском. До цих робіт у фізіології рослин вважалося, що хлорофіл містить залізо, а не магній.
Вони ж остаточно довели і наявність двох хлорофілів - а й b.

Ці ж роботи зробили освіту кристалічного хлорофілу.
Вильштеттер і Штолль показали, що наявний в зелених листках фермент хлорофіллаза отщепляет спирт фитол і на його місце стає залишок етилового або метилового спирту. Такі сполуки отримали назву хлорофиллид. Якщо фитол заміщається залишком етилового спирту, то отримане з'єднання називається етілхлорофіллідом.

Оптичні властивості хлорофілу.

Хлорофіл поглинає сонячну енергію і спрямовує її на хімічні реакції, які не можуть протікати без енергії, одержуваної ззовні. Розчин хлорофілу в світлі, що має зелений колір, але при збільшенні товщини шару або концентрації хлорофілу він набуває червоного кольору.

Хлорофіл поглинає світло не суцільно, а вибірково. При пропущенні з семи видимих ??квітів, які поступово переходять один в одного. При пропущенні білого світла через призму і розчин хлорофілу на отриманому спектрі найбільш інтенсивне поглинання буде в червоних і синьо-фіолетових променях. Зелені промені поглинаються мало, тому в тонкому шарі хлорофіл має в світлі, що зелений колір. Проте зі збільшенням концентрації хлорофілу смуги поглинання розширюються (значна частина зелених променів також поглинається) і без поглинання відбувається лише частина крайніх червоних.
Спектри поглинання хлорофілу а і b дуже близькі.

В відбитому світлі хлорофіл, здається вишнево-червоним, так як він випромінює поглинений світло із зміною довжини його хвилі. Це властивість хлорофілу називається флюоресценцией.

Біосинтез хлорофілу
Вихідними для синтезу хлорофілу субстратами є дуже прості органічні сполуки - ацетат і гліцин. Процес синтезу хлорофілу прийнято поділяти на три етапи.
Перший етап складається з наступних реакцій:
1. Освіта ацетилкофермента А, в якому бере участь ацетат, кофермент А і АТФ. Реакція каталізується ацілкофермент А-синтетазой.

2. Освіта сукцинилкофермента А з двох молекул ацетилкофермента А.
Вважається не менше ймовірним інший шлях: залучення ацетату в цикл
Кребса і освіта в ньому сукцината і потім сукцинилкофермента А.
Деякі дослідники вважають вихідним субстратом біосинтезу хлорофілу саме сукцинилкофермента А, не розглядаючи реакції його утворення (як не специфічні, осуществляющиеся у зв'язку і з іншими метаболічними ланцюжками).

3. Освіта-аміно - кетоадіпіновой кислоти з сукцинилкофермента А і гліцину, катализируемого так само, як і наступна реакція, ферментом синтетазой-амінолевуліновой кислоти:

4. З-аміно - кетоадіпіновой кислоти шляхом декарбоксилювання утворюється-амінолевуліновая кислота:


5. Синтез з двох молекул-амінолевуліновой кислоти пірроленінового кільця і ??потім ізомеризація його в пиррольное кільце з утворенням порфобилиногена. Реакція каталізується ферментом дегідрази - аминолевулиновой кислоти.
Другий етап включає реакції синтезу з чотирьох піррольних кілець однієї молекули

Сторінки: 1 2

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар