O que é clorofila e como ela está relacionada com a fotossíntese? Neste artigo explicamos sua estrutura e seu efeito.
A clorofila (do grego χλωρός, chlōrós – “verde claro, fresco” e φύλλον, phýllon – “folha”) ou verde folhoso refere-se a uma classe de pigmentos naturais que são formados por organismos que realizam fotossíntese . As plantas, em particular, obtêm sua cor verde das moléculas de clorofila.
Plantas, algas e cianobactérias possuem diferentes tipos de clorofila, diferentes bactérias fotossintéticas possuem diferentes tipos de bacterioclorofila .
Clorofila simplesmente explicada
A clorofila é um pigmento natural encontrado em todos os organismos fotossintéticos. Você pode encontrar muito disso nos cloroplastos das células vegetais em particular. Alguns procariontes também realizam fotossíntese e, portanto, contêm o que é conhecido como bacterioclorofila. As células animais , por outro lado, não contêm clorofila.
Como é responsável pela cor verde das folhas das plantas, você também pode chamá-lo de verde-folha.
A estrutura básica da clorofila é um composto complexo chamado quelato.
Dependendo de como o quelato está estruturado, você pode distinguir entre vários tipos de clorofila. Estes têm diferentes espectros de absorção. Isso significa que eles podem captar diferentes faixas de luz.
As clorofilas são formadas apenas em organismos que realizam fotossíntese . Eles cumprem funções importantes. Eles absorvem a energia luminosa e a convertem em energia química na forma de ATP para a fotossíntese.
Definição de clorofila
A clorofila (folha verde) é um pigmento natural nas células vegetais. Seu nome é composto do grego chlōrós (“verde claro”) e phýllon (“folha”).
Quimicamente , as clorofilas são complexos orgânicos (à base de clorina ) com um íon Mg 2+ como íon central . A porção orgânica atua como o ligante tetradentado do complexo quelato . Na clorofila a , a porção da cadeia da molécula é uma forma esterificada de fitol .
Os heme , que fazem parte do pigmento do sangue ( hemoglobina ), a mioglobina e os citocromos , têm uma estrutura muito semelhante , sendo o ferro em vez do magnésio o átomo central do heme .
A clorofila é altamente solúvel em etanol , acetona e outros solventes com propriedades semelhantes.
acúmulo de clorofila
Nas células vegetais você encontrará a clorofila, especialmente dentro dos chamados tilacóides nos cloroplastos. Nos procariontes encontra-se no citoplasma .
A clorofila pode ser produzida nesses próprios componentes celulares por meio do que é conhecido como biossíntese. Isso requer algumas etapas complexas com uma ampla variedade de enzimas. No entanto, a biossíntese é dependente da exposição à luz. Sem estes, nenhuma clorofila pode ser feita.
Você provavelmente já notou a quebra da clorofila, especialmente no outono. Aqui as folhas perdem a cor verde e ficam marrons.
A estrutura básica das clorofilas consiste em porfirina ( 
). Você pode pensar nisso como uma molécula composta de quatro chamados anéis pirrólicos aos quais diferentes resíduos estão ligados. (= derivatização).
Esses chamados derivados incluem não apenas as clorofilas, mas também o componente heme da hemoglobina no sangue de alguns seres vivos. O heme dá ao sangue sua cor vermelha. No entanto, a principal diferença entre a clorofila e a hemoglobina é seu íon central: enquanto o heme 
contém um íon de ferro ( ) em seu centro, a clorofila possui um íon de magnésio ( 
).
Você pode chamar esse complexo derivado com um íon central de quelato . Em contraste com a estrutura básica, a molécula de clorofila consiste em cinco anéis em vez de apenas quatro.
Dependendo de quais resíduos a estrutura consiste, você pode distinguir entre diferentes tipos de clorofila, conforme mencionado.
Absorções da Clorofila
Os diferentes tipos de moléculas de clorofila diferem em suas estruturas individuais, particularmente em seu chamado espectro de absorção . Abaixo você pode pensar na capacidade de absorver/absorver a luz. As áreas não absorvidas são refletidas de acordo.
A clorofila pode atingir seu máximo de absorção em solventes como etanol, acetona ou éter dietílico em particular. Você pode descrever o espectro de absorção usando diferentes faixas de frequência (comprimentos de onda).
Abaixo, damos dois exemplos importantes de moléculas de clorofila, incluindo sua fórmula estrutural.
Clorofila a
A clorofila a absorve particularmente bem nas faixas de frequência entre 600 e 700 
(luz vermelha e amarela) e entre 400 e 470 (luz azul (escura). A faixa de luz verde-verde-azul (470-600 ) é refletida pela clorofila a. Precisamente por isso o percebemos com uma cor verde-azulada . Ocorre em particular nas chamadas cianobactérias . Essas bactérias são capazes de realizar a fotossíntese oxigenada. A característica importante da fotossíntese oxigenada é a produção de oxigênio. Em contraste com isso está a fotossíntese anoxigênica de algumas bactérias, na qual outras substâncias inorgânicas são formadas.
Sua fórmula estrutural é a seguinte:
Clorofila b
A clorofila b absorve muita luz azul e vermelha em particular. Ele reflete a luz verde e amarela, o que significa que um observador o percebe como verde-amarelo.
A clorofila b ocorre em particular nas chamadas algas verdes e em todas as plantas terrestres.
Visão geral dos tipos de clorofila
Abaixo, criamos uma visão geral dos tipos de clorofila mais importantes, incluindo seus máximos de absorção e sua ocorrência:
| Tipo de clorofila | Absorções máximas | cor | Exemplos de ocorrências |
|---|---|---|---|
| Clorofila a | 430 nm, 662 nm (em acetona) | blaugrün | Cianobakterien |
| Clorofila b | 454 nm, 643 nm (em éter dietílico) | amarelo verde | algas verdes, plantas terrestres |
| Clorofila c | 444 nm, 576 nm, 626 nm | verde | Braunalgen, Kieselalgen, Goldalgen |
| Clorofila d | 447 nm, 688 nm | Alga podre | |
| Clorofila f | 706 nm, 722 nm | Cyanobakterien em Stromatolithen |
| Nome | Estrutura | C 3 – Descanso | C 7 – Descanso | C 8 – Descanso | C 17 – Descanso | ligação C 17-18 | Fórmula de soma |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Clorofila a | -CH= CH2 | -CH 3 | -CH 2 CH 3 | -CH 2 CH 2 COO-Fitil | ligação simples | C 55 H 72 O 5 N 4 Mg | |
| Clorofila b | -CH= CH2 | -DAR | -CH 2 CH 3 | -CH 2 CH 2 COO-Fitil | ligação simples | C 55 H 70 O 6 N 4 Mg | |
| Clorofila c 1 | -CH= CH2 | -CH 3 | -CH 2 CH 3 | -CH = CHCOOH | ligação dupla | C 35 H 30 O 5 N 4 Mg | |
| Clorofila c 2 | -CH= CH2 | -CH 3 | -CH= CH2 | -CH = CHCOOH | ligação dupla | C 35 H 28 O 5 N 4 Mg | |
| Clorofila d | -DAR | -CH 3 | -CH 2 CH 3 | -CH 2 CH 2 COO-Fitil | ligação simples | C 54 H 70 O 6 N 4 Mg |
Os espectros de absorção da clorofila dissolvida em solventes sempre têm dois máximos de absorção distintos, um entre 600 e 800 nm, que é chamado de banda Q y , e outro em torno de 400 nm, que é chamado de banda Soret . A figura à direita mostra esses máximos de absorção para clorofila a e b . Além disso, existe a banda Q x em torno de 580 nm, que é polarizada perpendicularmente a Q y e geralmente absorve muito fracamente. Para a clorofila a ainda pode ser visto na figura, para a clorofila b ela desaparece no subsolo.
A partir dos espectros na figura, é fácil entender por que as folhas – que contêm clorofila a e b – são verdes. Juntas, a clorofila a e b absorvem principalmente na faixa espectral azul (400–500 nm) e na faixa espectral vermelha (600–700 nm). Na faixa verde, por outro lado, não há absorção, então a luz verde é espalhada, fazendo com que as folhas pareçam verdes.
A absorção depende do solvente e, portanto, a posição dos máximos de absorção pode variar alguns nanômetros, dependendo do tipo de solvente. As coisas são diferentes no ambiente natural da clorofila, ou seja, o ambiente proteico. Aqui a posição dos máximos de absorção depende de dois fatores: (1) Dependendo da carga parcial dos aminoácidos circundantes e da curvatura dos grupos laterais das moléculas de clorofila, os máximos de absorção podem estar em comprimentos de onda muito diferentes. (2) Nas proteínas, as clorofilas ficam muito próximas umas das outras, de modo que interagem entre si ( interação dipolo-dipolo ; a distâncias muito pequenas também trocam a interação ). Essa interação leva a uma redução níveis de energia e, portanto, para um desvio para o vermelho dos máximos de absorção. Isso pode ser visto de forma particularmente impressionante no exemplo do complexo de antenas LH2 de bactérias roxas. O complexo LH2 consiste em dois grupos de moléculas de bacterioclorofila dispostas em um anel (veja a figura à esquerda). O anel superior (B850) contém 18 moléculas de BChl a que estão muito próximas umas das outras, ou seja, estão fortemente acopladas. O anel inferior (B800) consiste em 9 moléculas de BChl a que estão muito mais distantes e, portanto, são acopladas muito mais fracamente.
Devido ao forte acoplamento, a absorção de BChl a no anel B850 é desviada para o vermelho. A banda de absorção está em 850 nm. Em contraste, o BChl a fracamente acoplado do anel B800 absorve em 800 nm, que está aproximadamente na mesma faixa que as moléculas de BChl a dissolvidas em solvente. No espectro de absorção (figura à direita) do complexo LH2, as bandas de absorção das moléculas B800 e B850 BChl -a estão claramente separadas. Além disso, são mostradas bandas originárias de moléculas de carotenóides , que não são mostradas na estrutura.
função da clorofila
As clorofilas têm uma ampla gama de tarefas na fotossíntese . Sua principal função é a absorção de luz (= energia). Eles são então capazes de passar essa energia para o chamado centro de reação . Você pode imaginar isso como o componente central de várias proteínas em todos os organismos fotossintéticos. Existem duas clorofilas (= par especial) nele, que podem aceitar a energia. Devido à sua disposição, a carga se separa e pode ser disponibilizada para o curso posterior da fotossíntese.
É capaz de converter energia luminosa em energia química (ATP). Isso pode então ser usado para a fotossíntese.
Ao redor do centro de reação estão os chamados complexos coletores de luz. Estes denotam uma coleção de várias moléculas de clorofila. Isso aumenta sua área combinada e, portanto, sua capacidade de absorver luz.
Importância na fotossíntese
As clorofilas têm vários papéis na fotossíntese . De longe, a maior parte é usada para absorção de luz e transmissão da energia absorvida. Para isso, as moléculas de clorofila são organizadas em complexos coletores de luz , que são dispostos de tal forma que por um lado se forma a maior superfície absorvente possível e por outro é criado um funil energético que direciona a energia absorvida para o chamado centro de reação . No centro de reação, duas clorofilas servem como aceptoras dessa energia. Eles são organizados de uma maneira tão especial que sua excitação leva à separação de cargas, que pode ser considerada o primeiro passo na fotossíntese real. Este par de clorofila é chamado em inglês comochamado par especial .
Existem muitas diferenças na estrutura dos complexos de captação de luz nos organismos fotossintéticos muito diferentes, mas a estrutura do centro de reação é sempre quase a mesma. O par especial é sempre formado pela clorofila a nas plantas, algas e cianobactérias e por várias bacterioclorofilas nas bactérias.
história
Richard Willstätter foi o primeiro a estudar a estrutura química da clorofila . O químico Hans Fischer retomou as pesquisas de Willstätter na década de 1930, e em 1940 conseguiu elucidar a estrutura da molécula. Os resultados da pesquisa de Fischer foram confirmados pela síntese de clorofila de Robert B. Woodward em 1960.
Outras
Uma propriedade importante da clorofila é a fluorescência da clorofila . É usado principalmente para determinar o teor de clorofila e sua atividade, bem como para outras análises científicas.
Como aditivo alimentar , a clorofila recebe o número de identificação E 140.