Хлорофил

Хлорофилът е изолиран и наименуван за пръв път от французите Жозеф Биенеме Кавенту и Пиер Жозеф Пелетие през 1817 г.^[4] Присъствието на магнезий в хлорофила е открито през 1906 г.,^[5] което е и първият път, когато магнезий е засечен в жива тъкан.^[6]

След първоначална работа, направена от германския химик Рихард Вилщетер в периода от 1905 до 1915 г., общата структура на хлорофил a е изяснена от Ханс Фишер през 1940 г. Към 1960 г., когато по-голямата част от стерохимията на хлорофила a е опозната, Робърт Бърнс Удуърд публикува цял синтез на молекулата.^[6][7] През 1967 г. последните останали стереохимични изяснения са завършени от английския химик Иън Флеминг,^[8] а през 1990 г. Удуард и екип публикуван обновен синтез.^[9] През 2010 г. е обявено, че хлорофил f присъства в цианобактерии и други аеробни микроорганизми, които образуват строматолити.^[10][11] Дедуцирани са молекулната формула C₅₅H₇₀O₆N₄Mg и структурата (2-формил)-хлорофил a.^[12]

Хлорофилът е жизненоважен за фотосинтезата, която позволява на растенията да приемат енергия от светлината.^[13]

Хлорофилните молекули се подреждат във и около фотосистеми, които са вградени в тилакоидните мембрани на хлоропластите.^[14] В тези комплекси хлорофилът служи за три функции. Функцията на по-голямата част от хлорофила (до няколкостотин молекули на фотосистема) е да абсорбира светлина. Правейки това, същите центрове извършват втора функция – да преобразуват светлинната енергия чрез резонантен енергиен трансфер към определена хлорофилна двойка в реакционния център на фотосистемите. Тази двойка влияе върху крайната функция на хлорофила – разделяне на зарядите, водейки до биосинтеза. Идентичността, функцията и спектралните свойства на видовете хлорофил във всяка фотосистема са различни, както е различна и протеиновата структура около тях. Веднъж извлечени от протеина в разтворител (като например ацетон или метанол), тези хлорофилни пигменти могат да се разделят на хлорофил a и хлорофил b.^[15][16][17]

Функцията на реакционния център на хлорофила е да абсорбира светлинна енергия и да я прехвърли към други части на фотосистемата. Приетата енергия на фотона се преобразува на електрон в процес, наречен разделяне на заряда. Премахването на електрон от хлорофила е оксидираща реакция. Хлорофилът дава високоенергийния електрон на ред молекулни посредници, което се нарича електрон-транспортна верига. Зареденият реакционен център на хлорофила (P680⁺) тогава се редуцира към базовото си ниво като приема електрон от вода. Електронът, който редуцира P680⁺, накрая идва от оксидацията на вода в O₂ и H⁺ чрез няколко посредници. Тази реакция обяснява как фотосинтезиращи организми като растенията произвеждат O₂ и са източник на практически всичкия кислород в земната атмосфера.

Потокът от електрони, произведен от реакционния център, се използва за изпомпване на H⁺ йони през тилакоидната мембрана, установявайки хемиосмотичен потенциал, използван основно при произвеждането на АТФ (съхраняване на химична енергия) или за да редуцира НАДФ⁺ до НАДФ. НАДФ е универсален агент, използван за редуцирането на CO₂ до захари.

Хлорофил-протеиновите комплекси на реакционните центрове са способни директно да абсорбират светлина и да изпълняват разделяне на заряди без помощта на други хлорофилни пигменти, но вероятността това да се случи при даден интензитет на светлината е малка. Следователно с другите хлорофили във фотосистемата всички кооперативно абсорбират и насочват светлинна енергия към реакционния център. Освен хлорофил a, съществуват и други спомагателни пигменти.

Хлорофилът е регистриран като хранителна добавка (оцветител) и Е-номер е Е140. Готвачите използват хлорофил, за да оцветяват различни храни или напитки в зелено, като например паста и абсент.^[18] Хлорофилът е неразтворим във вода и затова първо се смесва с малко количество растителна мазнина, за да се получи желания разтвор.