Klorofüll
Klorofüll on keemiline aine taimede kloroplastides. See võimaldab taimedel valgust absorbeerida ja kasutada. Valguse energiat kasutatakse fotosünteesi käigus glükoosi tootmiseks. See sisaldab palju salvestatud energiat, mida taim peab vabastama. Ta teeb seda hingamise kaudu. Seda energiat kasutatakse seejärel taime kasvamisel või kahjustuste parandamisel. Klorofüll muudab ka taime varre ja lehed roheliseks.
Klorofüll on roheline pigment peaaegu kõigis taimedes, vetikates ja tsüanobakterites. See neelab kõige tugevamalt valgust elektromagnetilise spektri sinises osas, millele järgneb punane osa. Siiski neelab ta halvasti spektri rohelist ja peaaegu rohelist osa. Klorofüll isoleeriti esmakordselt 1817. aastal.
Klorofüll annab lehtedele nende rohelise värvi ja neelab valgust, mida kasutatakse fotosünteesiks.
Klorofülli leidub suures kontsentratsioonis taimerakkude kloroplastides.
![Klorofüllide neeldumise maksimumid valge valguse spektri suhtes.[ allikas?]](https://www.alegsaonline.com/zoom.php?image=Chlorofilab.png)
Klorofüllide neeldumise maksimumid valge valguse spektri suhtes.[ allikas?]
SeaWiFSi poolt tuletatud keskmine merepinna klorofüll ajavahemikul 1998-2006.
Klorofüll ja fotosüntees
Klorofüll on vajalik fotosünteesiks, mis võimaldab taimedel saada valgusest energiat.
Klorofüllmolekulid on paigutatud kloroplastide membraanidesse ja nende ümber. Sellel on kaks peamist funktsiooni. Enamiku klorofülli (kuni mitusada molekuli fotosüsteemi kohta) ülesanne on valguse neelamine ja selle valguse energia ülekandmine reaktsioonikeskustesse. Need pigmendid on nimetatud nende punase neeldumismaksimumi lainepikkuse (nanomeetrites) järgi. Neid klorofüllpigmente saab eraldada lihtsa paberkromatograafilise katse abil.
Reaktsioonikeskuse klorofülli ülesanne on kasutada teistelt klorofüllpigmentidelt temale ülekantud energiat, et viia läbi spetsiifiline redoksreaktsioon. Selles reaktsioonis annab klorofüll elektroni elektronitranspordi ahelale. Selle reaktsiooni abil toodavad fotosünteetilised organismid, näiteks taimed, gaasi O2 ning see on praktiliselt kogu O2 allikas Maa atmosfääris. Fotosüsteem I töötab tavaliselt järjestikku koos Fotosüsteem II-ga.
Reaktsioonikeskuse klorofüllpigmentide tekitatud elektronivoolu kasutatakse H+ ioonide transportimiseks üle membraani, luues kemiosmootilise potentsiaali, mida kasutatakse peamiselt ATP keemilise energia tootmiseks; ja need elektronid vähendavad lõpuks NADP +NADPH-ks, mis on universaalne redutseerija, mida kasutatakse CO2 redutseerimiseks suhkruteks, samuti muudeks biosünteetilisteks redutseerimisteks.
On leitud, et roheline merisigel Elysia chlorotica kasutab enda söödud klorofülli enda fotosünteesiks. Seda protsessi tuntakse kleptoplastika nime all ja ühelgi teisel loomal ei ole leitud sellist võimet.
Miks roheline ja mitte must?
Ikka veel on ebaselge, miks taimed on enamasti kujunenud roheliseks. Rohelised taimed peegeldavad peamiselt rohelist ja peaaegu rohelist valgust, mitte ei neelata seda. Fotosünteesi süsteemi muud osad võimaldavad rohelistel taimedel siiski kasutada rohelise valguse spektrit (nt valgust püüdva lehestruktuuri, karotenoidide jne kaudu). Rohelised taimed ei kasuta suurt osa nähtavast spektrist võimalikult tõhusalt. Must taim võib neelata rohkem kiirgust ja see võib olla väga kasulik, ilma et see piiraks probleeme, mis on seotud selle täiendava soojuse kõrvaldamisega (nt peavad mõned taimed kuumadel päevadel sulgema oma avad, mida nimetatakse stoomiks, et vältida liigset veekadu). Täpsemalt öeldes tekib küsimus, miks ainus valgust neelav molekul, mida taimedes kasutatakse energia saamiseks, on roheline ja mitte lihtsalt must.
Bioloog John Berman on öelnud, et evolutsioon ei ole inseneriprotsess, seega on sellel sageli piirid, mida insener või muu disainer ei oma. Isegi kui mustad lehed oleksid paremad, võivad evolutsiooni piirangud takistada liikide võimalikult tõhusaks muutumist. Berman kirjutas, et klorofüllist paremini toimivate pigmentide saavutamine võib olla väga keeruline. Tegelikult arvatakse, et kõik kõrgemad taimed (embrüofiilid) on arenenud ühisest esivanemast, mis on mingi rohevetikas - seega on klorofüll arenenud ainult üks kord (ühine esivanem).
Marylandi Ülikooli mikroobigeneetik Shil DasSarma on juhtinud tähelepanu sellele, et arheoidide liigid kasutavad rohelisest spektrist energia saamiseks teist valgust absorbeerivat molekuli, retinaali. Mõned teadlased usuvad, et rohelist valgust neelavad arheenid olid kunagi Maa keskkonnas kõige levinumad. See võis jätta "niši" avatuks rohelistele organismidele, mis absorbeeriksid päikesevalguse teisi lainepikkusi. See on vaid üks võimalus ja Berman kirjutas, et teadlased ei ole veel üheski seletuses veendunud.
Mustad taimed võivad neelata rohkem kiirgust, kuid enamik taimi on siiski rohelised.
Keemiline struktuur
Klorofüll on klooripigment, mis on struktuuriliselt sarnane teiste porfüriinipigmentidega, näiteks heemiga, ja mida toodetakse sama metaboolse tee kaudu. Kloriiniringi keskel on magneesiumioon. Käesolevas artiklis kujutatud struktuuride puhul on selguse huvides jäetud välja mõned Mg2+ keskuse külge kinnitatud ligandid. Klooriinirõngale võib olla mitu erinevat külgahelat, mis tavaliselt sisaldavad pikka fütolahelat. Looduses esineb mitmeid erinevaid vorme, kuid kõige enam levinud vorm maismaataimedes on klorofüll a. Klorofüll a üldstruktuuri töötas välja Hans Fischer 1940. aastal. 1960. aastaks, kui enamik klorofüll a stereokeemiat oli teada, avaldas Robert Burns Woodward selle molekuli totaalsünteesi. 1967. aastal lõpetas Ian Fleming viimase stereokeemilise selgituse ning 1990. aastal avaldasid Woodward ja kaasautorid ajakohastatud sünteesi. 2010. aastal võis tsüanobakterites ja teistes stromatoliite moodustavates hapnikuvaesetes mikroorganismides avastada peaaegu infrapunase valgusega fotosünteesipigmendi nimega klorofüll f.
Klorofülli erinevad struktuurid on kokkuvõtlikult esitatud allpool:
| Klorofüll a | Klorofüll b | Klorofüll c1 | Klorofüll c2 | Klorofüll d | Klorofüll f | |
| Molekulaarvalem | C55 H72 O5 N4 Mg | C55 H70 O6 N4 Mg | C35 H30 O5 N4 Mg | C35 H28 O5 N4 Mg | C54 H70 O6 N4 Mg | C55 H70 O6 N4 Mg |
| C2 rühm | -CH 3 | -CH 3 | -CH 3 | -CH 3 | -CH 3 | -CHO |
| C3 rühm | -CH=CH 2 | -CH=CH 2 | -CH=CH 2 | -CH=CH 2 | -CHO | -CH=CH 2 |
| C7 rühm | -CH 3 | -CHO | -CH 3 | -CH 3 | -CH 3 | -CH 3 |
| C8 rühm | -CH2 CH 3 | -CH2 CH 3 | -CH2 CH 3 | -CH=CH 2 | -CH2 CH 3 | -CH2 CH 3 |
| C17 rühm | -CH2 CH2 COO-Phytyl | -CH2 CH2 COO-Phytyl | -CH=CHCOOH | -CH=CHCOOH | -CH2 CH2 COO-Phytyl | -CH2 CH2 COO-Phytyl |
| C17-C18 side | Single | Single | Double | Double | Single | Single |
| Esinemine | Universaalne | Enamasti taimed | Erinevad vetikad | Erinevad vetikad | Tsüanobakterid | Tsüanobakterid |
Klorofüll a molekuli ruumitäitev mudel
Klorofülli mõõtmine
Klorofülli sisalduse mõõtjad mõõdavad lehe optilist neeldumist, et hinnata selle klorofülli sisaldust. Klorofüllmolekulid neelduvad sinises ja punases ribas, kuid mitte rohelises ja infrapunases ribas. Klorofülli sisalduse mõõtjad mõõdavad neeldumise ulatust punases ribas, et hinnata lehe klorofülli sisaldust. Lehtede erineva paksuse kompenseerimiseks mõõdavad klorofüllimõõturid ka neeldumist infrapunaribal, mida klorofüll oluliselt ei mõjuta.
Lehtede klorofülli sisaldust saab mõõta mittepurustavalt, kasutades käeshoitavaid akutoitel töötavaid mõõteseadmeid. Nende seadmetega tehtavad mõõtmised on lihtsad, kiired ja suhteliselt odavad. Neil on nüüd suur andmesalvestusmaht, keskmistamine ja graafiline ekraan.
Spektrofotomeetria
Valguse neeldumise mõõtmist raskendab taimse materjali ekstraheerimiseks kasutatav lahusti, mis mõjutab saadud väärtusi,
- Dietüüleetris on klorofüll a neeldumise maksimumid ligikaudu 428 nm ja 660 nm, klorofüll b neeldumise maksimumid ligikaudu 453 nm ja 642 nm.
- Klorofüll a neeldumise tipp on 666 nm juures.
Klorofülli neeldumisspekter, mis näitab CCM200 klorofüllimõõturiga mõõdetud läbilaskvusriba, et arvutada klorofülli suhtelist sisaldust.
Vaba klorofülli a (roheline ) ja b (punane) neeldumisspektrid lahustis. Klorofüllmolekulide spektrid on in vivo veidi muutunud sõltuvalt spetsiifilistest pigmentide ja valkude vastastikmõjudest.
Biosüntees
Angiospermidel sõltub klorofülli sünteesi viimane etapp valgusest. Sellised taimed on pimedas kasvatamisel kahvatud (etioolised). Mittevaskulaarsetel taimedel ja rohevetikatel on täiendav valgusest sõltumatu ensüüm ja nad kasvavad pimedas hoopis roheliseks.
Kloroos on seisund, mille puhul lehed ei tooda piisavalt klorofülli, mistõttu nad muutuvad kollaseks. Kloroos võib olla põhjustatud sellest, et lehtedel ei ole piisavalt rauda - nn rauakloroos - või siis sellest, et neil ei ole piisavalt magneesiumi või lämmastikku. Mõnikord mõjutab mulla pH seda liiki kloroosi. Paljud taimed on kohanenud kasvama teatud pH-tasemega muldades ja sellest võib sõltuda nende võime võtta mullast toitaineid. Kloroosi võivad põhjustada ka haigustekitajad, sealhulgas viirused, bakterid ja seeninfektsioonid, või mahlapõletajad.
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on klorofüll?
V: Klorofüll on pigment, mis annab taimedele nende rohelise värvi. See on taimede kloroplastides olev kemikaal, mis võimaldab taimedel neelata ja kasutada valgust fotosünteesiks.
K: Kuidas klorofüll aitab taimi?
V: Klorofüll aitab taimi, võimaldades neil absorbeerida ja kasutada valgust fotosünteesiks, mille käigus toodetakse glükoosi koos suure hulga salvestatud energiaga. Seda energiat saab seejärel kasutada, kui taim kasvab või parandab kahjustusi.
K: Mis värvi teeb klorofüll taime varre ja lehe?
V: Klorofüll muudab taime varre ja lehed roheliseks.
K: Millist osa elektromagnetilisest spektrist neelab klorofüll kõige tugevamini?
V: Klorofüll neelab valgust kõige tugevamini elektromagnetilise spektri sinises osas, millele järgneb punane osa.
K: Millal klorofüll esimest korda isoleeriti?
V: Klorofüll isoleeriti esmakordselt 1817. aastal.
K: Kus leidub klorofülli?
V: Kloorfülli leidub peaaegu kõigis taimedes, vetikates ja tsüanobakterites.
