Хлорофилл: роль и функции в растениях¶

Хлорофилл — зелёный пигмент растений, водорослей и цианобактерий, основная функция которого — преобразование световой энергии в химическую в процессе фотосинтеза. Именно хлорофилл придаёт листьям характерный зелёный цвет: пигмент поглощает красный и синий свет, а зелёные лучи отражает. В природе известно несколько форм хлорофилла, из которых наиболее распространены хлорофиллы a и b, а также бактериохлорофиллы у фотобактерий.

¶Структура и строение

Молекула хлорофилла состоит из порфиринового кольца с атомом магния в центре и длинной фитольной цепи, придающей молекуле гидрофобность. Благодаря фитольному хвосту хлорофилл удерживается в липидном бислое тилакоидных мембран хлоропласта.

Ключевое различие между формами a и b заключается в одной боковой группе: у хлорофилла a это метильная группа (−CH₃), у хлорофилла b — альдегидная (−CHO). Это небольшое изменение сдвигает спектр поглощения и позволяет растениям использовать более широкий диапазон световой энергии.

¶Основные функции

¶Преобразование световой энергии

Главная задача хлорофилла — поглощение фотонов. Когда молекула хлорофилла получает квант света, один из её электронов переходит в возбуждённое состояние. Этот электрон передаётся по цепи переносчиков в системе фотохимического центра, запуская каскад электронного транспорта.

¶Участие в фотосинтезе

Хлорофилл работает в двух фотосистемах — ФС I и ФС II, встроенных в тилакоидные мембраны. В ФС II молекула хлорофилла P680 поглощает свет и отдаёт электрон, который проходит через цепь переносчиков к ФС I (P700). По пути электронов синтезируется АТФ, а восстановленный НАДФ⁺ используется для дальнейшей сборки углеводов в цикле Кальвина.

Вместе с водородом и углекислым газом растение синтезирует глюкозу:

6CO₂ + 6H₂O + свет → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Кислород, выделяемый в процессе, поступает из молекул воды, расщепляемых в фотосистеме II.

¶Защитная функция

Помимо основной роли, хлорофилл участвует в защите растения от избытка света. При слишком интенсивном освещении молекулы переходят в триплетное состояние, что может приводить к образованию активных форм кислорода. Для противодействия этому растения используют каротиноиды и ферменты, а также перестраивают расположение хлорофилла в мембранах.

¶Формы хлорофилла

Хлорофилл a присутствует во всех фотосинтезирующих организмах, остальные формы выполняют вспомогательную роль, расширяя диапазон усваиваемого света.

¶Хлорофилл в жизни человека

¶Пищевая промышленность

Хлорофилл и его производные (хлорофиллин, натриевая и медная соли) используются в пищевой промышленности как натуральный зелёный краситель (обозначение Е140 и Е141). Применяются в кондитерских изделиях, мороженом, напитках.

¶Медицина и диетология

Интерес к хлорофиллу как к пищевой добавке связан с его предполагаемыми антиоксидантными свойствами. В некоторых исследованиях показано, что водные растворы хлорофилла связывают канцерогенные вещества в кишечнике и снижают их биодоступность. В клинической практике препараты на основе хлорофилла используются как дезодорирующие и ранозаживляющие средства, однако доказательная база по ряду показаний остаётся ограниченной.

¶Научные исследования

Исследования структуры хлорофилла начались в XIX веке. В 1817 году французские химики Пелетье и Каванту выделили из листьев зелёный пигмент, назвав его хлорофиллом. В 1915 году немецкий биохимик Рихард Вильштетер получил Нобелевскую премию по химии за изучение строения хлорофилла. В 1960-е годы Роберт Бернум и его коллеги расшифровали механизм первичных фотохимических реакций с участием хлорофилла.

¶Значение в экосистемах

Хлорофилл лежит в основе почти всей первичной продукции планеты. Фотосинтез, обеспечиваемый этим пигментом, формирует пищевые цепи и поддерживает кислородный состав атмосферы. Ежегодно растения и водоросли фиксируют около 100 млрд тонн углерода, используя энергию, улавливаемую молекулами хлорофилла.

Источники:

• Таубер В., Таубер-Леви А. Фотосинтез. — М.: Мир, 1986.
• Левин Г.А. Ботаника. Том 1. — М.: Академия, 2009.
• Гранник Д. Основы ботаники. — М.: Красанд, 2010.
• Nelson D., Cox M. Lehninger Principles of Biochemistry. — W.H. Freeman, 2017.