Clorofila
Clorofila (también clorofila ) es un verde pigmento que se encuentra en las cianobacterias y los cloroplastos de las algas y las plantas . Su nombre se deriva de los griegos palabras χλωρός, chloros ("verde") y φύλλον, phyllon ("hojas"). La clorofila es una molécula biológica extremadamente importante, fundamental en la fotosíntesis , lo que permite que las plantas absorben la energía de la luz. La clorofila absorbe la luz más fuertemente en la parte azul del espectro electromagnético , seguido por la porción roja. Por el contrario, se trata de una mala absorción de las porciones verdes y cerca-verde del espectro, por lo tanto, el color verde de los tejidos que contienen clorofila. La clorofila fue aislado por primera vez por Joseph Bienaimé Caventou y Pierre Joseph Pelletier en 1817.
Animación que representa casi cuatro años el valor de SeaWiFS concentración de clorofila del océano.
La clorofila da a las hojas su color verde y absorbe la luz que se utiliza en la fotosíntesis.
La clorofila se encuentra en altas concentraciones en los cloroplastos de las células vegetales.
Absorción máxima de clorofilas contra el espectro de la luz blanca.
SeaWiFS derivado del promedio de la superficie del mar de clorofilapara el período 1998 a 2006.
La clorofila es vital para la fotosíntesis , que permite a las plantas absorben la energía de la luz.
Las moléculas de clorofila están dispuestas específicamente en y alrededor de fotosistemas que se incrustan en los tilacoides membranas de los cloroplastos . En estos complejos, la clorofila tiene dos funciones principales. La función de la gran mayoría de la clorofila (hasta varios cientos de moléculas por el fotosistema) es la de absorber luz y transferir energía de la luz que por la transferencia de energía de resonancia a un par de clorofila específica en el centro de reacción de los fotosistemas.
Las dos unidades fotosistema actualmente aceptadas son Fotosistema II y Fotosistema I , que tienen sus propias clorofilas del centro de reacción diferentes, llamada P680 y P700, respectivamente. Estos pigmentos tienen el nombre de la longitud de onda (en nanómetros ) de su máximo de absorción rojo pico. Las propiedades de identidad, de función y espectrales de los tipos de clorofila en cada fotosistema son distintos y determinado por sí y la estructura de la proteína que les rodea. Una vez extraído de la proteína en un disolvente (tal como acetona o metanol ),estos pigmentos de clorofila se pueden separar de una manera sencilla la cromatografía en papel experimento y, basándose en el número de grupos polares entre la clorofila a y clorofila b , se separará químicamente a cabo en el papel.
La función de la clorofila centro de reacción es el uso de la energía absorbida por y transferidas a la misma desde los otros pigmentos de clorofila en los fotosistemas que someterse a una separación de carga, una específica redox reacción en la que la clorofila dona un electrón en una serie de productos intermedios moleculares llamada una cadena de transporte de electrones . La clorofila centro de reacción cargada (P680 + ) se reduce entonces de nuevo a su estado fundamental mediante la aceptación de un electrón. En Fotosistema II, el electrón que reduce P680 + viene en última instancia de la oxidación del agua en O 2 y H + a través de varios intermedios. Esta reacción es cómo los organismos fotosintéticos como plantas producen O 2 gas, y es la fuente de prácticamente todo el O 2 en la atmósfera de la Tierra. Fotosistema I normalmente funciona en serie con el Fotosistema II; así el P700 + del Fotosistema I suele ser reducido, a través de muchos intermediarios en la membrana tilacoide, en última instancia, por los electrones del fotosistema II. Reacciones de transferencia de electrones en las membranas tilacoides son complejas, sin embargo, y la fuente de electrones utilizados para reducir P700 + pueden variar.
El flujo de electrones que producen los pigmentos de clorofila del centro de reacción se utiliza para transporte de H + iones a través de la membrana tilacoide, la creación de unquimiosmótica potencial utilizada principalmente para producir ATP energía química; y los electrones reducen en última instancia, NADP + a NADPH , un universal de reductor utilizado para reducir el CO 2 en azúcares, así como para otras reducciones biosintéticas.
Centro de reacción complejos proteína clorofila son capaces de absorber directamente la luz y la realización de eventos separación de carga sin otros pigmentos de clorofila, pero la sección transversal de absorción (la probabilidad de absorción de un fotón bajo una intensidad de luz dada) es pequeña. Por lo tanto, las clorofilas restantes en fotosistema y antena complejos proteicos pigmento asociados con los fotosistemas todo cooperativamente absorben y canalizan la energía luminosa en el centro de reacción. Además de la clorofila de una , hay otros pigmentos, llamados pigmentos accesorios , que se producen en estos complejos de antena pigmento-proteína.
Una babosa de mar verde, Elysia chlorotica , se ha descubierto que usar la clorofila se ha comido a realizar la fotosíntesis por sí mismo. Este proceso se conoce como cleptoplastia , y ningún otro animal se ha encontrado que tienen esta capacidad.
Estos mapas muestran clorofila miligramos de clorofila por metro cúbico de agua de mar cada mes.Lugares en los que las cantidades de clorofila eran muy bajos, lo que indica un número muy bajo de fitoplancton, son de color azul. Lugares en los que las concentraciones de clorofila eran altos, lo que significa muchos fitoplancton fueron creciendo, son de color amarillo. Las observaciones provienen de la imágenes de resolución moderada espectrorradiómetro (MODIS) en el satélite Aqua de la NASA. La tierra es gris oscuro, y los lugares donde MODIS no pueda obtener datos debido a los hielos marinos, la oscuridad polar, o las nubes son gray.The luz más altas concentraciones de clorofila, en las pequeñas plantas que habitan el océano superficial están prosperando, se encuentran en las aguas polares frías o en lugares donde las corrientes marinas traen el agua fría a la superficie, como por ejemplo alrededor de la línea ecuatorial ya lo largo de las costas de los continentes. No es la propia agua fría que estimula el fitoplancton. En cambio, las bajas temperaturas son a menudo una señal de que el agua ha brotado a la superficie desde más profundo en el océano, llevando los nutrientes que se han acumulado con el tiempo. En las aguas polares, los nutrientes se acumulan en las aguas superficiales durante los oscuros meses de invierno cuando las plantas no pueden crecer. Cuando la luz solar vuelve en la primavera y el verano, las plantas florecen en altas concentraciones.
Todavía no se sabe exactamente por qué las plantas han desarrollado principalmente para ser verde. Las plantas verdes reflejan sobre todo verdes y cerca de la luz verde a los espectadores en lugar de absorberla. Otras partes del sistema de la fotosíntesis aún permiten a las plantas verdes utilizan el espectro de luz verde (por ejemplo, a través de una luz que atrapa hoja de estructura, los carotenoides , etc.) Las plantas verdes no utilizan una gran parte del espectro visible como eficientemente como sea posible . Una planta de negro puede absorber más radiación, y esto podría ser muy útil, si el calor adicional que se produce se dispone efectivamente de (por ejemplo, algunas plantas deben cerrar sus orificios, llamados estomas , en los días calurosos para evitar la pérdida excesiva de agua, lo que deja sólo la conducción, convección, y la pérdida de calor por radiación en forma de soluciones). La pregunta es ¿por qué la única molécula que absorbe la luz utilizada para la energía en las plantas es de color verde y no simplemente negro.
El biólogo John Berman ha ofrecido la opinión de que la evolución es no un proceso de ingeniería , por lo que a menudo está sujeta a varias limitaciones que un ingeniero u otro diseñador no es. Incluso si las hojas negras eran mejores, las limitaciones de la evolución pueden evitar que las especies de subir a la cima absoluta más alta de la aptitud del paisaje . Berman escribió que podría ser muy difícil de lograr pigmentos que funcionan mejor que la clorofila. De hecho, todas las plantas superiores ( embryophytes se cree) que han evolucionado de un ancestro común que es una especie de alga verde - con la idea de que la clorofila se ha desarrollado sólo una vez.
Shil DasSarma, especialista en genética microbiana en la Universidad de Maryland , ha señalado que las especies de arqueas usan otra molécula que absorbe la luz, la retina , para extraer energía del espectro verde. Describió la opinión de algunos científicos de que dicha luz verde que absorbe archae una vez dominado el medio ambiente terrestre. Esto podría haber dejado abierto un "nicho" para los organismos verdes que absorberían las otras longitudes de onda de la luz solar. Esto es sólo una posibilidad, y Berman escribió que los científicos aún no están convencidos de cualquier explicación.
Astrónomo y matemático Fred Hoyle conjeturó que la clorofila es probable que sea una molécula interestelar, señalando las similitudes de su luz que absorben las propiedades de polvo interestelar.
La clorofila es un clorina pigmento, que es estructuralmente similar a y producido a través de la misma vía metabólica como otros porfirina pigmentos tales como hemo . En el centro del anillo de cloro es un magnesio de iones . En el momento de su descubrimiento en la década de 1900, esta fue la primera vez que este elemento había sido detectado en el tejido vivo. Para las estructuras representadas en este artículo, algunos de losligandos unidos a la Mg 2 + centro se omiten para mayor claridad. El anillo de cloro puede tener varias cadenas laterales diferentes, por lo general, incluyendo una larga fitol cadena. Hay unas cuantas formas diferentes que ocurren naturalmente, pero la forma más ampliamente distribuido en las plantas terrestres es la clorofila a . Después del trabajo inicial realizado por el químico alemán Richard Willstätter que abarca desde 1905 hasta 1915, la estructura general de la clorofila a fue aclarada por Hans Fischer en 1940. Hacia 1960, cuando la mayoría de la estereoquímica de la clorofila a se sabía, Robert Burns Woodward publicó una síntesis total de la molécula. En 1967, el último elucidación estereoquímica restante fue completado por Ian Fleming , y en 1990 Woodward y coautores publicaron una síntesis actualizada. La clorofila f se anunció que esté presente en las cianobacterias y otros microorganismos oxigénicas que forman estromatolitos en 2010; una fórmula molecular de C 55 H 70O 6 N 4 Mg y una estructura de (2 - formil )-clorofila a se deduce en base a RMN, óptica . y los espectros de masas Las diferentes estructuras de la clorofila se resumen a continuación:
Modelo de compilación de la clorofila de una molécula
Plantas Negro (como esta perla pimienta Negro ) se absorben más radiación, y sin embargo la mayoría de las plantas son de color verde
Estructura de la clorofila d
Estructura de la clorofila un
Estructura de la clorofila b
Estructura de la clorofila c1
Estructura de la clorofila c2
Cuando las hojas degreen en el proceso de senescencia de la planta , la clorofila se convierte en un grupo de incoloros tetrapirroles conocido como catabolitos de clorofila no fluorescentes (NCC) de con la estructura general:
Estos compuestos también se han identificado en varias frutas de maduración.
Medición de la absorción de la luz se complica por el disolvente usado para extraerlo de material vegetal, que afecta a los valores obtenidos,
En dietil éter , la clorofila una tiene aproximada máximos de absorbancia de 430 nm y 662 nm, mientras que la clorofila b tiene máximos aproximada de 453 nm y 642 nm.
Los picos de absorción de clorofila una son a 665 nm y 465 nm. Clorofila una fluorescencia a 673 nm (máximo) y 726 nm. El pico coeficiente de absorción molar de la clorofila un excede 10 5 M -1 cm -1 , que es de las más elevadas de compuestos orgánicos de moléculas pequeñas.
En el 90% de acetona-agua, las longitudes de onda de absorción máxima de la clorofila a son 430 nm y 664 nm; picos de clorofila b son 460 nm y 647 nm; picos de clorofila c1 son 442 nm y 630 nm; picos de clorofila c2 son 444 nm y 630 nm; picos de clorofila d son 401 nm, 455 nm y 696 nm.
Mediante la medición de la absorción de la luz en las regiones rojas rojas y de lejos, es posible estimar la concentración de clorofila en una hoja.
En su artículo científico Gitelson (1999) afirma: "La relación entre la fluorescencia de la clorofila , a 735 nm y el rango de longitud de onda de 700 nm a 710 nm, F735/F700 se encontró que era linealmente proporcional al contenido de clorofila (con coeficiente de determinación, R2, más de 0,95) y por lo tanto esta relación se puede utilizar como un indicador preciso de contenido de clorofila en las hojas de plantas. " Los medidores de contenido de clorofila de relación fluorescentes utilizan esta técnica.
Absorbancia espectros de la clorofila libre de un ( azul ) y b ( rojo ) en un disolvente. Los espectros de las moléculas de clorofila se modificó ligeramente in vivo en función de las interacciones específicas proteína-pigmento.
Más información: protochlorophyllide
En las plantas, la clorofila puede ser sintetizado a partir de succinil-CoA y glicina , aunque el precursor inmediato a la clorofila un y b es protochlorophyllide . En Angiospermas plantas, el último paso, la conversión de protochlorophyllide a la clorofila, que es dependiente de la luz y de tales plantas son pálido ( etiolated ) si se cultiva en la oscuridad. Las plantas no vascularesy algas verdes tienen una enzima luz adicional independiente y crecer verde en la oscuridad en su lugar.
La clorofila en sí se une a las proteínas y puede transferir la energía absorbida en la dirección requerida. Protochlorophyllide se produce principalmente en forma gratuita y, bajo condiciones de luz, actúa como un fotosensibilizador , formando altamente tóxicos radicales libres . Por lo tanto, las plantas necesitan un mecanismo eficiente de regular la cantidad de precursor de clorofila. En las angiospermas, esto se hace en el paso de ácido aminolevulínico (ALA), uno de los compuestos intermedios en la ruta de biosíntesis. Las plantas que se nutren de ALA se acumulan niveles elevados y tóxicos de protochlorophyllide; también lo hacen los mutantes con el sistema de regulación dañada.
Más información: La clorosis
La clorosis es una condición en la cual las hojas producen clorofila insuficiente, convirtiéndolos amarillo. La clorosis puede ser causada por una deficiencia de nutrientes de hierro de hierro-llamada clorosis-o por una escasez de magnesio o de nitrógeno . El pH del suelo a veces juega un papel en la clorosis en nutrientes causado; muchas plantas se han adaptado para crecer en suelos con niveles de pH específicos y su capacidad para absorber los nutrientes del suelo puede depender de esto. La clorosis puede también ser causada por agentes patógenos, incluyendo virus, bacterias y las infecciones por hongos o insectos chupadores de savia .
Las antocianinas son otros pigmentos vegetales . El patrón de absorbancia responsable de la rojo el color de las antocianinas puede ser complementaria a la de la clorofila verde en tejidos fotosintéticamente activos, como jóvenes coccifera Quercus hojas. Puede proteger las hojas de los ataques de herbívoros que pueden ser atraídas por el color verde.
La clorofila se ha registrado como un aditivo alimentario (colorante), y su número E es E140 . Los chefs utilizan clorofila para colorear una variedad de alimentos y bebidas verdes, como la pasta y el ajenjo . La clorofila no es soluble en agua, y se mezcla primero con una pequeña cantidad deaceite vegetal para obtener la deseada solución . Clorofila líquida extraída se considera inestable y siempre desnaturalizado hasta 1997, cuando Frank S. & Lisa Sagliano utiliza la liofilización de clorofila líquida en la Universidad de Florida y se estabilizó como un polvo, preservarlo para uso futuro.
La superposición de los espectros de la clorofila a y b con oenin(malvidina 3O glucósido), un típicoantocianidina , que muestra que, mientras que absorben las clorofilas en las partes de color azul y amarillo / rojo del espectro visible, oenin absorbe principalmente en la parte verde del espectro, donde clorofilas no absorben en absoluto.
Hay muchas afirmaciones que se hacen sobre las propiedades curativas de la clorofila, pero la mayoría han sido desmentidas o son exagerados por las empresas que están comercializando ellos. Quackwatch, un sitio web dedicado a desacreditar las reclamaciones médicas falsas, tiene una cita de Teledo hoja (1952), que afirma "La clorofila Celebrada inútil como Body Desodorante", pero más tarde ha John C. Kephart señalando "Sin efecto desodorante posiblemente puede ocurrir a partir de las cantidades de clorofila puesto en productos tales como goma, polvos para los pies, gotas para la tos, etc Para ser eficaces, las dosis grandes deben recibir internamente ".
Bacterioclorofila compuestos, relacionados en bacterias fototróficas
La clorofila a , un pigmento esencial de la clorofila
La clorofila b , también un pigmento esencial de la clorofila
Clorofilina , un derivado semi-sintético de la clorofila
Crece la luz , una lámpara que promueve la fotosíntesis
Fluorescencia de clorofila , para medir el estrés vegetal
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La absorción de luz por la clorofila - libros NIH
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