Clorofila, La clorofila y la fotosíntesis, Estructura química, Espectrofotometría, Biosíntesis, Absorbancia de luz complementaria de las antocianinas con clorofilas, Uso culinario, La medicina alternativa

La clorofila es un pigmento verde encontrado en las cianobacterias y los cloroplastos de algas y plantas. Su nombre se deriva de las palabras griegas , Chloros yf ?, Phyllon. 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 de la parte roja. Sin embargo, se trata de una mala absorción de 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 Bienaim Caventou y Pierre Joseph Pelletier en 1817.

  • 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.

  • Máximos de absorción de las clorofilas contra el espectro de la luz blanca ..

  • Clorofila superficial del mar promedio SeaWiFS derivados para el período 1998 a 2006.

La clorofila y la fotosíntesis

La clorofila es vital para la fotosíntesis, lo que permite que las plantas absorben la energía de la luz.

Las moléculas de clorofila están dispuestas específicamente en y alrededor de fotosistemas que están incrustados en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos. En estos complejos, la clorofila sirve para dos funciones primarias. La función de la gran mayoría de la clorofila es la de absorber luz y transferir esa energía de la luz por la transferencia de energía de resonancia a un par específico de la clorofila 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, llamadas P680 y P700, respectivamente. Estos pigmentos tienen el nombre de la longitud de onda de su máximo de absorción de rojo pico. Las propiedades de identidad, función y espectrales de los tipos de clorofila en cada fotosistema son distintos y se determina por sí y la estructura de la proteína que les rodea. Una vez extraído de la proteína en un disolvente, estos pigmentos de clorofila pueden ser separados en un sencillo experimento cromatografía en papel y, basándose en el número de grupos polares entre la clorofila a y la 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 reacción redox específico en el que los clorofila dona un electrón en una serie de productos intermedios moleculares llamados una cadena de transporte de electrones. El centro de la clorofila reacción cargado se reduce entonces de nuevo a su estado fundamental mediante la aceptación de un electrón. En Fotosistema II, el electrón que reduce P680 en última instancia proviene de la oxidación del agua en O2 y H a través de varios productos intermedios. Esta reacción es cómo los organismos fotosintéticos como plantas producen gas O2, y es la fuente de casi todos los O2 en la atmósfera terrestre. Fotosistema I normalmente trabaja en serie con Fotosistema II, por lo que el P700 del Fotosistema I suele ser reducido, a través de muchos intermediarios en la membrana de los tilacoides, en última instancia, por los electrones del fotosistema II. Reacciones de transferencia de electrones en las membranas de los tilacoides son complejas, sin embargo, y la fuente de electrones utilizados para reducir P700 pueden variar.

El flujo de electrones producidos por el centro de reacción pigmentos de clorofila se utiliza para transporte iones H a través de la membrana tilacoide, la creación de un potencial quimiosmótica utilizada principalmente para producir energía química ATP, y los electrones en última instancia, reducir NADP a NADPH, un reductor universal utilizado para reducir el CO2 en azúcares, así como para otras reducciones biosintéticas.

Centro de reacción complejos de clorofila-proteína son capaces de absorber directamente la luz y la realización de eventos de separación de carga sin otros pigmentos de clorofila, pero la sección transversal de absorción es pequeña. Por lo tanto, el resto de las clorofilas del fotosistema y antena pigmento complejos de proteínas asociadas a los fotosistemas todos absorben la energía luminosa en cooperación y embudo en el centro de reacción. Además de clorofila a, 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 encontrado que usar la clorofila se ha comido para llevar a cabo la fotosíntesis por sí mismo. Este proceso se conoce como cleptoplastia, y ningún otro animal se ha encontrado que tienen esta capacidad.

¿Por qué verde y no negro?

Todavía no se sabe exactamente por qué las plantas han desarrollado principalmente para ser verde. Las plantas verdes reflejan la luz sobre todo verde y casi verde a los espectadores en lugar de absorberla. Otras partes del sistema de la fotosíntesis todavía permiten que las plantas verdes que utilizan el espectro de la luz verde. Las plantas verdes no utilizan una gran parte del espectro visible tan eficientemente como sea posible. Una planta de negro puede absorber más radiación, y esto podría ser muy útil, si exceso de calor producido se dispone efectivamente de. La pregunta es ¿por qué la única molécula que absorbe la luz utilizada para la alimentación de las plantas es de color verde y no simplemente negro.

El biólogo John Berman ha ofrecido a la opinión de que la evolución no es un proceso de ingeniería, por lo que a menudo está sujeta a varias limitaciones que un ingeniero o un diseñador de otro no lo es. Aunque las hojas negras eran mejores, las limitaciones de la evolución pueden evitar que las especies de subir a la cima más alta absoluta en el paisaje físico. Berman escribió que el logro de los pigmentos que funcionan mejor que clorofila puede ser muy difícil. De hecho, se cree que todas las plantas superiores que han evolucionado de un ancestro común que es una especie de alga verde - con la idea de que la clorofila se ha convertido una vez.

Shil DasSarma, especialista en genética microbiana de la Universidad de Maryland, ha señalado que las especies de arqueas hacer uso de otra molécula que absorbe la luz, la retina, para extraer energía del espectro verde. Describió a la opinión de algunos científicos que tal luz verde que absorbe archae vez dominó el medio ambiente terrestre. Esto podría haber dejado abierto un "nicho" para los organismos verdes que absorben las otras longitudes de onda de la luz solar. Esto es sólo una posibilidad, y Berman escribió que los científicos todavía 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 sus propiedades de absorción de luz de polvo interestelar.

Estructura química

La clorofila es un pigmento de clorina, que es estructuralmente similar a la producida y a través de la misma vía metabólica como otros pigmentos de porfirina tales como hemo. En el centro del anillo de clorina es un ión de magnesio. En el momento de su descubrimiento en el año 1900, esta fue la primera vez que este elemento había sido detectado en los tejidos vivos. Para las estructuras representadas en este artículo, algunos de los ligandos unidos al centro de Mg2 se han omitido para mayor claridad. El anillo de clorina puede tener varias cadenas laterales diferentes, por lo general como una cadena de fitol larga. Hay unas pocas formas diferentes que se producen naturalmente, pero la forma más ampliamente distribuidos en las plantas terrestres es la clorofila a. Después del trabajo inicial realizado por el químico alemán Richard Willsttter que abarca desde 1905 hasta 1915, la estructura general de la clorofila a fue aclarada por Hans Fischer en 1940. Por 1960, cuando la mayoría de la estereoquímica de la clorofila a fue conocido, Robert Burns Woodward publicó una síntesis total de la molécula. En 1967, el último elucidación estereoquímica resto fue completado por Ian Fleming, y en 1990 Woodward y co-autores publicó una síntesis actualizada. La clorofila f se anunció a estar presentes en los microorganismos oxigénicas cianobacterias y otros que forman estromatolitos en 2010; una fórmula molecular de C55H70O6N4Mg y una estructura de-clorofila a se deduce sobre la base de RMN, espectros ópticos y de masas. Las diferentes estructuras de la clorofila se resumen a continuación:

Cuando deja degreen en el proceso de senescencia de la planta, la clorofila se convierte en un grupo de tetrapirroles incoloros conocidos como catabolitos clorofila no fluorescentes con la estructura general:

Estos compuestos también se han identificado en varias frutas de maduración.

Espectrofotometría

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 éter dietílico, clorofila a 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 a son a 665 nm y 465 nm. Clorofila a fluorescencia a 673 nm y 726 nm. El coeficiente de absorción molar máximo de clorofila supera 105 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 de picos de clorofila 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, los picos de clorofila d son 401 nm, 455 nm y 696 nm.

Mediante la medición de la absorción de la luz en las regiones del rojo y rojo lejano es posible estimar la concentración de la clorofila dentro de una hoja.

Si bien los instrumentos de absorción se ha demostrado con el tiempo para trabajar bien como una prueba no destructiva en muchos tipos de muestras, tienen limitaciones. Limitación técnica de absorción:

  • La muestra a medir debe cubrir completamente la abertura de instrumentos, sin agujeros.
  • Las muestras deben ser lo suficientemente delgada como para permitir la transmisión de las longitudes de onda de medición de luz.
  • Las superficies deben ser relativamente plana y uniforme.
  • Fluorescencia variable causada por la longitud de onda roja de instrumentos de absorción, limita la repetibilidad de las mediciones en el mismo lugar.
  • Selección de la zona de medición, en las hojas más pequeñas, puede causar variaciones de medida debidos a la variación interna estructura de la hoja. Las venas y las nervaduras centrales pueden causar variación significativa en las muestras.
  • Las longitudes de onda utilizadas en los métodos de absorción, por lo general limitan correlación lineal con el contenido de clorofila métodos químicos a niveles de concentración por debajo de 300 mg/m2.

Como resultado, los instrumentos de absorción no funcionan con agujas de coníferas, pastos de césped, hojas de Arabidopsis, musgo, plantas más CAM como nopal y agave, frutas, tallos, pecíolos, líquenes y algas en las rocas. Además, es difícil obtener lecturas fiables en plantas de hojas muy pequeñas, tales como el arroz y el trigo inmaduro.

Un método superior es para medir el contenido de clorofila usando fluorescencia de la clorofila. Estados Gitelson, "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 es linealmente proporcional al contenido de clorofila y por lo tanto esta relación se puede utilizar como un indicador preciso del contenido de clorofila en Hojas de la planta ". No destructivos metros, portátiles utilizan este efecto para medir el contenido de clorofila de las muestras en las que no se pueden utilizar las técnicas tradicionales de absorbancia. Este nuevo método tiene muchas ventajas sobre las técnicas de absorción, mayores. Estos incluyen: -

  • Las muestras no necesitan llenar la abertura de medición, por lo que muestras pequeñas se pueden medir.
  • Las muestras no necesitan para permitir la transmisión del haz de medición, las muestras tan gruesas se pueden medir.
  • Las superficies no necesitan ser plana y uniforme, de modo difíciles morfologías de plantas se pueden medir.
  • Sin efecto de inducción Kautsky, lo que las mediciones se puede repetir rápidamente en el mismo sitio.
  • Área pequeño de la muestra, por lo que las estructuras de origen natural, como las costillas mediados de los años y las venas puede ser evitado.
  • Rango de medición superior, por lo que muchas más muestras se puede medir.
  •  Video clip de CCM300 está utilizando.

    Mediante la medición de fluorescencia de la clorofila, ecofisiología vegetal puede ser investigado. Fluorómetros clorofila son utilizados por investigadores de la planta para evaluar el estrés vegetal.

    Biosíntesis

     Más información: protoclorofilida

    En las plantas, la clorofila puede ser sintetizado a partir de succinil-CoA y glicina, aunque el precursor inmediato de la clorofila a y b es protoclorofilida. En las plantas angiospermas, el último paso, la conversión de protoclorofilida a la clorofila, es dependiente de la luz y las plantas son de color si se cultiva en la oscuridad. Las plantas no vasculares y algas verdes tienen una enzima de luz adicional independiente y crecer verde en la oscuridad en su lugar.

    Sí clorofila se une a las proteínas y puede transferir la energía absorbida en la dirección requerida. Protochlorophyllide se produce principalmente en la forma libre y, bajo condiciones de luz, actúa como un fotosensibilizador, la formación de radicales libres altamente tóxicos. 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, uno de los compuestos intermedios en la ruta de biosíntesis. Las plantas que se nutren de ALA se acumulan niveles elevados y tóxicos de protoclorofilida, también lo hacen los mutantes con el sistema de regulación dañada.

     Más información: Clorosis

    La clorosis es una condición en la que las hojas producen suficiente clorofila, convirtiéndolos amarillo. Clorosis puede ser causada por una deficiencia de nutrientes de hierro llamado hierro clorosis-o por una escasez de magnesio o nitrógeno. El pH del suelo a veces juega un papel en la clorosis en nutrientes causado; muchas plantas están adaptadas para crecer en suelos con niveles de pH específicos y su capacidad para absorber los nutrientes de la tierra puede ser dependiente de este. La clorosis también puede ser causada por agentes patógenos como los virus, las bacterias y las infecciones por hongos o insectos chupadores de savia.

    Absorbancia de luz complementaria de las antocianinas con clorofilas

    Las antocianinas son otros pigmentos vegetales. El patrón de absorbancia responsable del color rojo de las antocianinas puede ser complementaria a la de la clorofila verde en los tejidos fotosintéticamente activos, como hojas jóvenes Quercus coccifera. Puede proteger las hojas de los ataques de herbívoros que pueden ser atraídas por el color verde.

    Uso culinario

    La clorofila está registrada como un aditivo alimentario y su número E es E140. 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 de aceite vegetal para obtener la solución deseada. Clorofila líquida extraída se considera inestable y siempre desnaturalizado hasta 1997, cuando Frank S. y Lisa Sagliano utilizan liofilización de clorofila líquida en la Universidad de Florida y lo estabilizó en forma de polvo, preservarlo para uso futuro.

    La medicina alternativa

    Hay muchas afirmaciones que se hacen sobre las propiedades curativas de la clorofila, pero la mayoría han sido desmentidas o son exageradas por las empresas que los están comercializando. Las afirmaciones de que la clorofila es "la sangre de las plantas" es simplemente incorrecta y se deriva del hecho de que es similar en estructura al hemo que es un componente de la hemoglobina. Quackwatch, un sitio web dedicado a desacreditar los reclamos médicos falsos, tiene una cita de Teledo hoja que dice Teledo Hoja afirma "Clorofila Held inútil como desodorante Body" 10 dic 1952, pero más tarde ha John C. Kephart señalando "Sin efecto desodorante puede posiblemente se producen a partir de las cantidades de clorofila puesto en productos tales como la goma, polvos para los pies, gotas para la tos, etc Para ser eficaces, las dosis grandes deben recibir internamente ".