Хлорофи́лл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный пигмент, окрашивающий растений в зелёный цвет. При его участии происходит фотосинтез. По (химическому строению) хлорофиллы — магниевые комплексы различных (тетрапирролов). Хлорофиллы имеют (порфириновое) строение и близки (гему). Хлорофилл зарегистрирован в качестве пищевой добавки (Е140).
Хлорофилл | |
---|---|
![]() ![]() | |
Общие | |
Хим. формула | C55H72MgN4O5 |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 1406-65-1 |
Рег. номер EINECS | 215-800-7 |
SMILES | |
Кодекс Алиментариус | E140 |
ChEBI | 28966 |
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
![]() |
История открытия
В 1817 году (Жозеф Бьенеме Каванту) и (Пьер Жозеф Пеллетье) выделили из листьев растений зелёный пигмент, который они назвали хлорофиллом. В 1900-х годах (Михаил Цвет) и (Рихард Вильштеттер) независимо друг от друга обнаружили, что хлорофилл состоит из нескольких компонентов. Вильтштеттер очистил и кристаллизовал два компонента хлорофилла, названные им хлорофиллами а и b и установил брутто-формулу хлорофилла а. В 1915 году за исследования хлорофилла ему была вручена Нобелевская премия. В 1940 (Ханс Фишер), получивший в 1930 Нобелевскую премию за открытие структуры (гема), установил химическую структуру хлорофилла a. Его синтез был впервые осуществлён в 1960 Робертом Вудвордом, а в 1967 была окончательно установлена его стереохимическая структура.
В природе
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOW1MMlkxTDB4bFlYWmxjM051YVhCbFpHRnNaUzVxY0djdk1qSXdjSGd0VEdWaGRtVnpjMjVwY0dWa1lXeGxMbXB3Wnc9PS5qcGc=.jpg)
Хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах — высших растениях, водорослях, синезелёных водорослях (цианобактериях), фотоавтотрофных простейших (протистах) и бактериях.
Некоторые растения, в том числе ряд высших растений, утратили хлорофилл (как, например, (петров крест)).
Синтез
Синтезирован (Робертом Вудвордом) в 1960 году.
Синтез включает в себя 15 реакций, которые можно разделить на 3 этапа. Исходными веществами для синтеза хлорофилла являются (глицин) и (ацетат). На первом этапе образуется (аминолевулиновая кислота). На втором этапе происходит синтез одной молекулы (протопорфирина) из четырёх пиррольных колец. Третий этап представляет собой образование и превращение (магнийпорфиринов).
Свойства и функция при фотосинтезе
В процессе фотосинтеза молекула хлорофилла претерпевает изменения, поглощая световую энергию, которая затем используется в фотохимической реакции взаимодействия углекислого газа и воды с образованием органических веществ (как правило, углеводов):
После передачи поглощённой энергии молекула хлорофилла возвращается в исходное состояние.
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).
Растения могут использовать и свет с теми длинами волн, которые слабо поглощаются хлорофиллом. Энергию фотонов при этом улавливают другие фотосинтетические пигменты, которые затем передают энергию хлорофиллу. Этим объясняется разнообразие окраски растений (и других фотосинтезирующих организмов) и её зависимость от спектрального состава падающего света.
Химическая структура
Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — (порфирина) с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерифицированными). Так, хлорофилл a имеет при С10, (фитоловый эфир) (пропионовой кислоты) — при С7. Удаление магния, легко достигаемое , даёт продукт, известный как (феофитин). Гидролиз (фитоловой) хлорофилла приводит к образованию (хлорофиллид, лишённый атома металла, известен как (феофорбид a)).
Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения состава пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в соляной кислоте, в частности для определения наличия или отсутствия этерифицированных спиртов. определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объёма эфирного раствора пигмента (экстрагируется) 2/3 общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объём 30%-го раствора (гидроксида калия) в метаноле. 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 | Хлорофилл f | |
---|---|---|---|---|---|---|
Формула | C55H72O5N4Mg | C55H70O6N4Mg | C35H30O5N4Mg | C35H28O5N4Mg | C54H70O6N4Mg | C55H70O6N4Mg |
группа C2 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CHO |
группа C3 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CHO | -CH=CH2 |
группа C7 | -CH3 | -CHO | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 |
группа C8 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH=CH2 | -CH2CH3 | -CH2CH3 |
группа C17 | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH=CHCOOH | -CH=CHCOOH | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl |
связь C17-C18 | Одинарная | Одинарная | Двойная | Двойная | Одинарная | Одинарная |
Распространение | Везде | Большинство наземных растений | Некоторые водоросли | Некоторые водоросли | Цианобактерии | Цианобактерии |
- Общая структура хлорофилла a, b и d
- Структура хлорофилла c1, c2
- Структура хлорофилла f
- Оптический спектр поглощения хлорофиллов a (голубой) и b (красный)
- Хроматограмма зелёного пигмента растений
Применение
Хлорофилл находит применение в пищевой промышленности 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. Но хлорофилл вполне успешно используется в качестве натуральной замены синтетических красителей при изготовлении кондитерских изделий[].
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-зелёный цвет при длительном хранении и растворим в воде и водно-спиртовых растворах. Американская (USP) и Европейская (EP) фармакопеи относят хлорофиллид меди к пищевым красителям, однако вводят лимит на концентрацию свободной и связанной меди (тяжёлый металл).
- Хлорофилл придаёт листьям зелёный цвет и поглощает свет при фотосинтезе
- В клетках эукариотов хлорофилл обычно находится в хлоропластах
- Карта распределения хлорофилла по поверхности мирового океана в период с 1998 по 2006 по данным спутникового прибора SeaWiFS
Безопасность
(JECFA) в 1969, 1975 и 1985 годах исследовал токсичность хлорофилла для его использования в качестве пищевой добавки. По итогам проведённых исследований, не удалось установить (допустимое суточное потребление) (ДСП), поскольку вещество не проявляло негативные эффекты даже в высоких дозировках. В 2015 году (Европейское агентство по безопасности продуктов питания) (EFSA) провело переоценку хлорофилла и пришло к выводу, что нет никаких оснований полагать, что хлорофилл представляет какую-либо опасность.
Примечания
- Pelletier and Caventou (1817) «Notice sur la matière verte des feuilles» («Замечания о зелёном материале листьев»), Journal de Pharmacie, 3 : 486—491.
- M. Tswett (1906) Physikalisch-chemische Studien über das Chlorophyll. Die Adsorptionen. (Физико-химические исследования хлорофилла. Адсорбция.) Ber. Dtsch. Botan. Ges. 24, 316—323 .
- R. B. Woodward, W. A. Ayer, J. M. Beaton, F. Bickelhaupt, R. Bonnett. THE TOTAL SYNTHESIS OF CHLOROPHYLL (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1960. — Vol. 82, iss. 14. — P. 3800–3802. — doi:10.1021/ja01499a093.
- Ian Fleming. Absolute Configuration and the Structure of Chlorophyll (англ.) // Nature. — 1967-10-14. — Vol. 216, iss. 5111. — P. 151–152. — doi:10.1038/216151a0.
- World Health Organization. CHLOROPHYLLS // Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives. 28 декабря 2022 года.
- Scientific Opinion on the re-evaluation of chlorophylls (E 140(i)) as food additives (англ.). European Food Safety Authority (7 мая 2015). Дата обращения: 13 октября 2022. 13 октября 2022 года.
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.)
- Билич Г. Л., Крыжановский В. А. Биология. Полный курс: В 4 т. — издание 5-е, дополненное и переработанное. — М.: Издательство Оникс, 2009. — Т. 1. — 864 с. —
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер