- منظور تاريخى
- أصباغ
- ما هو الضوء
- لماذا الكلوروفيل أخضر؟
- الكلوروفيل ليس الصباغ الوحيد في الطبيعة
- الخصائص والهيكل
- موقعك
- أنواع
- الكلوروفيل أ
- الكلوروفيل ب
- الكلوروفيل ج ود
- الكلوروفيل في البكتيريا
- المميزات
- المراجع
و الكلوروفيل هو الصباغ البيولوجي، مشيرا إلى أن ذلك هو جزيء قادر على امتصاص الضوء. يمتص هذا الجزيء الطول الموجي المقابل للون البنفسجي والأزرق والأحمر ، ويعكس ضوء اللون الأخضر. لذلك ، فإن وجود الكلوروفيل هو المسؤول عن اللون الأخضر للنباتات.
يتكون هيكلها من حلقة بورفيرين مع مركز مغنيسيوم وذيل كاره للماء ، يسمى فيتول. من الضروري إبراز التشابه الهيكلي للكلوروفيل مع جزيء الهيموجلوبين.
جزيء الكلوروفيل مسؤول عن اللون الأخضر في النباتات. المصدر: pixabay.com
يوجد الكلوروفيل في الثايلاكويدات ، وهي هياكل غشائية توجد داخل البلاستيدات الخضراء. تتواجد البلاستيدات الخضراء بكثرة في أوراق النباتات وهياكلها الأخرى.
تتمثل الوظيفة الرئيسية للكلوروفيل في التقاط الضوء الذي سيتم استخدامه لتحفيز تفاعلات التمثيل الضوئي. هناك أنواع مختلفة من الكلوروفيل - وأكثرها شيوعًا - والتي تختلف قليلاً في هيكلها وذروة امتصاصها ، من أجل زيادة كمية ضوء الشمس الممتص.
منظور تاريخى
تعود دراسة جزيء الكلوروفيل إلى عام 1818 عندما تم وصفه لأول مرة من قبل الباحثين بيليتييه وكافينتو ، اللذين صاغا اسم "الكلوروفيل". في وقت لاحق ، في عام 1838 ، بدأت الدراسات الكيميائية للجزيء.
في عام 1851 اقترح فيرديل أوجه التشابه البنيوية بين الكلوروفيل والهيموجلوبين. في ذلك الوقت ، كان هذا التشابه مبالغًا فيه وكان من المفترض أن توجد ذرة حديد أيضًا في وسط جزيء الكلوروفيل. في وقت لاحق تم تأكيد وجود المغنيسيوم باعتباره الذرة المركزية.
تم اكتشاف الأنواع المختلفة من الكلوروفيل في عام 1882 بواسطة بورودين باستخدام الأدلة التي قدمها المجهر.
أصباغ
لوحظ الكلوروفيل تحت المجهر. كريستيان بيترز - فابلفروه
ما هو الضوء
تتمثل النقطة الرئيسية التي تتمتع بها الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في القدرة على استخدام الطاقة الضوئية في امتصاصها. تسمى الجزيئات التي تقوم بهذه الوظيفة أصباغ وهي موجودة في النباتات والطحالب.
لفهم ردود الفعل هذه بشكل أفضل ، من الضروري معرفة بعض الجوانب المتعلقة بطبيعة الضوء.
يُعرَّف الضوء بأنه نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وهو شكل من أشكال الطاقة. يُفهم هذا الإشعاع على أنه موجة وكجسيم. من خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي الطول الموجي ، معبرًا عنه بالمسافة بين حافتين متتاليتين.
يمكن للعين البشرية أن تدرك الطول الموجي الذي يتراوح من 400 إلى 710 نانومتر (نانومتر = 10 -9 م). ترتبط الأطوال الموجية القصيرة بكميات أكبر من الطاقة. يشمل ضوء الشمس الضوء الأبيض ، والذي يتكون من جميع الأطوال الموجية في الجزء المرئي.
فيما يتعلق بطبيعة الجسيم ، يصف الفيزيائيون الفوتونات على أنها حزم منفصلة من الطاقة. لكل من هذه الجسيمات طول موجي مميز ومستوى طاقة.
عندما يصطدم فوتون بجسم ما يمكن أن تحدث ثلاثة أشياء: أن يتم امتصاصه أو نقله أو انعكاسه.
لماذا الكلوروفيل أخضر؟
يُنظر إلى النباتات على أنها خضراء لأن الكلوروفيل يمتص بشكل أساسي الأطوال الموجية الزرقاء والحمراء ويعكس اللون الأخضر. نفرونوس
لا تتصرف كل الأصباغ بنفس الطريقة. يعد امتصاص الضوء ظاهرة يمكن أن تحدث بأطوال موجية مختلفة ، ولكل صبغة طيف امتصاص معين.
سيحدد الطول الموجي الممتص اللون الذي نتخيل فيه الصباغ. على سبيل المثال ، إذا امتص الضوء بكل أطواله ، فسنرى الصباغ أسود تمامًا. تلك التي لا تمتص كل الأطوال ، تعكس الباقي.
في حالة الكلوروفيل يمتص الأطوال الموجية المقابلة للألوان البنفسجي والأزرق والأحمر ويعكس الضوء الأخضر. هذه هي الصبغة التي تعطي النباتات لونها الأخضر المميز.
الكلوروفيل ليس الصباغ الوحيد في الطبيعة
على الرغم من أن الكلوروفيل هو أحد أشهر الأصباغ المعروفة ، إلا أن هناك مجموعات أخرى من الأصباغ البيولوجية مثل الكاروتينات ، التي لها نغمات حمراء أو برتقالية. لذلك ، فإنها تمتص الضوء بطول موجة مختلف عن الكلوروفيل ، وتعمل بمثابة شاشة لنقل الطاقة إلى الكلوروفيل.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض الكاروتينات لها وظائف واقية من الضوء: فهي تمتص وتبدد الطاقة الضوئية التي يمكن أن تلحق الضرر بالكلوروفيل ؛ أو تتفاعل مع الأكسجين وتشكل جزيئات مؤكسدة يمكن أن تدمر هياكل الخلايا.
الخصائص والهيكل
الكلوروفيل عبارة عن أصباغ بيولوجية يُنظر إليها على أنها خضراء للعين البشرية وتشارك في عملية التمثيل الضوئي. نجدها في النباتات والكائنات الحية الأخرى مع القدرة على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.
الكلوروفيل كيميائيا هو مغنيسيوم بورفيرينات. هذه تشبه إلى حد كبير جزيء الهيموجلوبين المسؤول عن نقل الأكسجين في الدم. كلا الجزيئين يختلفان فقط في أنواع وموقع المجموعات البديلة على الحلقة الرباعية.
معدن حلقة البورفيرين في الهيموجلوبين هو الحديد ، بينما في الكلوروفيل هو المغنيسيوم.
تعتبر السلسلة الجانبية للكلوروفيل كارهة للماء بشكل طبيعي أو قطبية ، وتتكون من أربع وحدات إيزوبرينويد تسمى فيتول. هذا مؤستّر لمجموعة حمض البروبيويك في الحلقة رقم أربعة.
إذا تعرض الكلوروفيل للمعالجة الحرارية ، فإن المحلول يأخذ درجة الحموضة الحمضية ، مما يؤدي إلى إزالة ذرة المغنيسيوم من مركز الحلقة. إذا استمر التسخين أو قلل المحلول من الرقم الهيدروجيني أكثر ، سينتهي الفيتول بالتحلل المائي.
موقعك
الكلوروفيل هو أحد أكثر الأصباغ الطبيعية انتشارًا ويوجد في سلالات مختلفة من حياة التمثيل الضوئي. في بنية النباتات نجدها بشكل رئيسي في الأوراق والهياكل الخضراء الأخرى.
إذا ذهبنا إلى عرض مجهري ، يوجد الكلوروفيل داخل الخلايا ، وتحديداً في البلاستيدات الخضراء. في المقابل ، توجد داخل البلاستيدات الخضراء هياكل مكونة من أغشية مزدوجة تسمى ثايلاكويدات ، والتي تحتوي على الكلوروفيل بالداخل - إلى جانب كميات أخرى من الدهون والبروتينات.
الثايلاكويدات هي هياكل تشبه العديد من الأقراص أو العملات المعدنية المكدسة ، وهذا الترتيب المضغوط للغاية ضروري للغاية لوظيفة التمثيل الضوئي لجزيئات الكلوروفيل.
في الكائنات بدائية النواة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، لا توجد بلاستيدات خضراء. لهذا السبب ، يتم ملاحظة الثايلاكويدات التي تحتوي على أصباغ التمثيل الضوئي كجزء من غشاء الخلية ، معزولة داخل سيتوبلازم الخلية ، أو أنها تبني بنية في الغشاء الداخلي - وهو نمط لوحظ في البكتيريا الزرقاء.
أنواع
الكلوروفيل أ
الكلوروفيل أ
هناك عدة أنواع من الكلوروفيل ، والتي تختلف قليلاً في التركيب الجزيئي وتوزيعها في سلالات التمثيل الضوئي. أي أن بعض الكائنات الحية تحتوي على أنواع معينة من الكلوروفيل والبعض الآخر لا يحتوي.
النوع الرئيسي من الكلوروفيل يسمى الكلوروفيل أ ، وفي سلالة النبات في الصبغة المشحونة مباشرة في عملية التمثيل الضوئي وتحول الطاقة الضوئية إلى كيمياء.
الكلوروفيل ب
الكلوروفيل ب
النوع الثاني من الكلوروفيل هو ب وهو موجود أيضًا في النباتات. من الناحية الهيكلية ، يختلف عن الكلوروفيل أ لأن الأخير يحتوي على مجموعة ميثيل في الكربون 3 من الحلقة رقم II ، والنوع ب يحتوي على مجموعة فورميل في هذا الموضع.
يعتبر صبغة ملحقة وبفضل الاختلافات الهيكلية لديهم طيف امتصاص مختلف قليلاً عن المتغير أ. نتيجة لهذه الخاصية تختلف في لونها: الكلوروفيل أ أزرق-أخضر و ب أصفر-أخضر.
فكرة هذه الأطياف التفاضلية هي أن كلا الجزيئين يكملان بعضهما البعض في امتصاص الضوء ويمكنهما زيادة كمية الطاقة الضوئية التي تدخل نظام التمثيل الضوئي (بحيث يتم توسيع طيف الامتصاص).
الكلوروفيل ج ود
الكلوروفيل د
هناك نوع ثالث من الكلوروفيل ، ج ، نجده في الطحالب البنية ، الدياتومات ، ودينوفلاجيلات. في حالة الطحالب cyanophyte ، فإنها تظهر فقط نوع الكلوروفيل. أخيرًا ، يوجد الكلوروفيل د في بعض الكائنات الحية الأولية وكذلك في البكتيريا الزرقاء.
الكلوروفيل في البكتيريا
هناك عدد من البكتيريا لديها القدرة على التمثيل الضوئي. يوجد في هذه الكائنات الكلوروفيل المعروفين معًا باسم جرثومي كلوروفيل ، ومثل الكلوروفيل في حقيقيات النوى ، يتم تصنيفهم بعد الأحرف: أ ، ب ، ج ، د ، هـ ، ز.
تاريخيًا ، تم استخدام فكرة أن جزيء الكلوروفيل ظهر أولاً في سياق التطور. اليوم ، بفضل تحليل التسلسل ، تم اقتراح أن جزيء الكلوروفيل الأسلاف كان مشابهًا لجراثيم الكلوروفيل.
المميزات
يعتبر جزيء الكلوروفيل عنصرًا حاسمًا في كائنات التمثيل الضوئي ، حيث إنه مسؤول عن امتصاص الضوء.
يوجد في الماكينة اللازمة لإجراء عملية التمثيل الضوئي مكون يسمى النظام الضوئي. يوجد اثنان وكل واحد يتكون من "هوائي" مسؤول عن تجميع الضوء ومركز تفاعل ، حيث نجد نوع الكلوروفيل.
تختلف أنظمة الصور بشكل أساسي في ذروة امتصاص جزيء الكلوروفيل: يبلغ النظام الضوئي الأول ذروة عند 700 نانومتر ، والثاني عند 680 نانومتر.
بهذه الطريقة ، يتمكن الكلوروفيل من أداء دوره في التقاط الضوء ، والذي بفضل بطارية إنزيمية معقدة سوف يتحول إلى طاقة كيميائية مخزنة في جزيئات مثل الكربوهيدرات.
المراجع
- بيك ، سي بي (2010). مقدمة في بنية النبات وتطوره: تشريح النبات للقرن الحادي والعشرين. صحافة جامعة كامبرج.
- بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
- بلانكينشيب ، ري (2010). التطور المبكر لعملية التمثيل الضوئي. فسيولوجيا النبات ، 154 (2) ، 434-438.
- كامبل ، NA (2001). علم الأحياء: المفاهيم والعلاقات. تعليم بيرسون.
- Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2004). الخلية: النهج الجزيئي. ميديسينسكا نكلادا.
- كورتيس ، هـ ، وشنيك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
- Hohmann-Marriott، MF، & Blankenship، RE (2011). تطور التمثيل الضوئي. المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات، 62، 515-548.
- همفري ، إيه إم (1980). الكلوروفيل. كيمياء الأغذية ، 5 (1) ، 57-67. دوى: 10.1016 / 0308-8146 (80) 90064-3
- كولمان ، ج. ، وروم ، كيه إتش (2005). الكيمياء الحيوية: نص وأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
- لوكهارت ، PJ ، Larkum ، AW ، Steel ، M. ، Waddell ، PJ ، & Penny ، D. (1996). تطور الكلوروفيل والكلوروفيل الجرثومي: مشكلة المواقع الثابتة في تحليل التسلسل. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، 93 (5) ، 1930-1934. دوى: 10.1073 / pnas.93.5.1930
- Palade ، GE ، & Rosen ، WG (1986). بيولوجيا الخلية: البحوث الأساسية والتطبيقات. الأكاديميات الوطنية.
- بوسادا ، جوس (2005). أسس إنشاء المراعي والمحاصيل العلفية. جامعة أنتيوكيا.
- Raven ، PH ، Evert ، RF ، & Eichhorn ، SE (1992). بيولوجيا النبات (المجلد 2). أنا عكس.
- Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
- Sousa، FL، Shavit-Grievink، L.، Allen، JF، & Martin، WF (2013). يشير تطور جينات التخليق الحيوي للكلوروفيل إلى ازدواج جينات النظام الضوئي ، وليس اندماج النظام الضوئي ، في أصل عملية التمثيل الضوئي الأكسجين. بيولوجيا الجينوم وتطوره ، 5 (1) ، 200-216. دوى: 10.1093 / gbe / evs127
- تعز ، إل ، وزيقر ، إي (2007). فيزياء النبات. جاومي آي
- شيونغ ج. (2006). التمثيل الضوئي: ما هو لون أصله؟ بيولوجيا الجينوم ، 7 (12) ، 245. doi: 10.1186 / gb-2006-7-12-245