คลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์ (อังกฤษ: chlorophyll) เป็นสารประกอบที่พบได้ในส่วนที่มีสีเขียวของพืช โดยพบมากที่ใบของพืชนอกจากนี้ยังพบได้ที่แบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ และยังพบได้ในสาหร่ายเกือบทุกชนิด นอกจากนี้คลอโรฟิลล์ทำหน้าที่เป็นโมเลกุลรับพลังงานจากแสง และนำพลังงานดังกล่าวไปใช้ในการสร้างพลังงานเคมีโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อสร้างสารอินทรีย์ เช่น น้ำตาล และนำไปใช้เพื่อการดำรงชีวิต [1] คลอโรฟิลล์ อยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่า เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ (thylakoid membrane) ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มที่อยู่ภายใน คลอโรพลาสต์ (chloroplast)[2]
โครงสร้างทางเคมี
คลอโรฟิลล์เป็นสารที่ละลายได้ดีในอะซีโตนและแอลกอฮอล์ โครงสร้างอาจแบ่งได้เป็นสองส่วน คือ ส่วนหัว และส่วนหาง โดยที่ส่วนหัวของคลอโรฟิลล์มีลักษณะเป็นวงแหวนไพรอล (pyrole ring) ที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบอยู่ 4 วง และมีธาตุแมกนีเซียมอยู่ตรงกลางโดยทำพันธะกับไนโตรเจน ส่วนหัวนี้มีขนาดประมาณ 1.5 x 1.5 อังสตรอม ส่วนหางของคลอโรฟิลล์มีลักษณะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ 20 อะตอม มีความยาวประมาณ 2 อังสตรอม คลอโรฟิลล์ดูดกลืนแสงได้ดีที่ช่วงคลื่นของแสงสีฟ้าและสีแดง แต่ดูดกลืนช่วงแสงสีเหลืองและเขียวได้น้อย ดังนั้นเมื่อได้รับแสงจะดูดกลืนแสงสีฟ้าและสีแดงไว้ ส่วนแสงสีเขียวที่ไม่ได้ดูดกลืนจึงสะท้อนออกมา ทำให้เห็นคลอโรฟิลล์มีสีเขียว [2]
ในธรรมชาติมีคลอโรฟิลล์อยู่หลายชนิดด้วยกันซึ่งแต่ล่ะชนิดมีโครงสร้างหลักที่เหมือนกันคือ วงแหวนไพรอล 4 วง แต่โซ่ข้าง (side chain) ของคลอโรฟิลล์แต่ละชนิดจะมีลักษณะที่ต่างกันออกไป เช่น คลอโรฟิลล์ เอ (chlorophyll a) และคลอโรฟิลล์ บี (chlorophyll b) มีโครงสร้างโมเลกุลที่ต่างกันเพียงตำแหน่งเดียวเท่านั้น นั่นคือ ที่วงแหวนไพรอล วงที่สองของคลอโรฟิลล์ เอ มีโซ่ข้างเป็นหมู่เมททิล (-CH3) ส่วนของคลอโรฟิลล์ บี เป็นหมู่อัลดีไฮด์ (-CHO) ซึ่งการที่โครงสร้างที่ต่างกันนี้ก็ทำให้มีคุณสมบัติแตกต่างกัน รวมทั้งคุณสมบัติการดูดกลืนแสงก็ต่างกันด้วย และทำให้คลอโรฟิลล์ทั้งสองชนิดนี้มีสีต่างกันเล็กน้อย โดยที่คลอโรฟิลล์ เอ มีสีเขียวเข้ม ส่วนคลอโรฟิลล์ บี มีสีเขียวอ่อน
ถ้าทำ paper chromatography ด้วยการไล่ระดับของรงควัตถุในใบไม้นั้น (ควรระบุ stationary phase และ mobile phase ด้วยเพราะมีผลต่อการเคลื่อนที่ และระบุความมีขั้วของสาร) จะเรียงลำดับเม็ดสีที่ได้ โดยดูจากความมีขั้วน้อย-มาก ของเม็ดสีแต่ละชนิดได้ดังนี้
- Carotene - an orange pigment
- Xanthophyll - a yellow pigment
- Chlorophyll a - a blue-green pigment
- Chlorophyll b - a yellow-green pigment
- Phaeophytin - a gray pigment
อธิบายได้ว่า Carotene มีขั้วน้อยที่สุด แล้วไล่ระดับความมีขั้วเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนมากที่สุดที่ Phaeophytin[3]
ต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบโครงสร้างของคลอโรฟิลล์แต่ละชนิด
| Chlorophyll a | Chlorophyll b | Chlorophyll c1 | Chlorophyll c2 | Chlorophyll d | |
|---|---|---|---|---|---|
| สูตรโมเลกุล | C55H72O5N4Mg | C55H70O6N4Mg | C35H30O5N4Mg | C35H28O5N4Mg | C54H70O6N4Mg |
| หมู่ C3 | -CH = CH2 | -CH = CH2 | -CH = CH2 | -CH = CH2 | -CHO |
| หมู่ C7 | -CH3 | -CHO | -CH3 | -CH3 | -CH3 |
| หมู่ C8 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH = CH2 | -CH2CH3 |
| หมู่ C17 | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH = CHCOOH | -CH = CHCOOH | -CH2CH2COO-Phytyl |
| พันธะ C17-C18 | เดี่ยว | เดี่ยว | คู่ | คู่ | เดี่ยว |
| พบได้ | ทั่วไป | ส่วนใหญ่ในพืช | สาหร่ายหลายชนิด | สาหร่ายหลายชนิด | แบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงได้ (Cyanobacteria) |
 |  |  |
 |  |
การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์
การสร้างคลอโรฟิลล์เริ่มจากการสร้าง tetrapyrrole ที่เป็นวง โดยใช้กรดอะมิโน 5-aminolevulinic acid (ALA) เป็นสารตั้งต้น ในแบคทีเรียสีม่วงบางชนิดสร้างกรดอะมิโนชนิดนี้ขึ้นมาจาก succinyl CoA และไกลซีน ในไซยาโนแบคทีเรีย และพืชชั้นสูงจะสร้าง ALA โดยใช้กลูตาเมตในรูป glutamyl-tRNA เป็นสารตัวกลางการสร้างคลอโรฟิลล์ในพืชเป็นวิถีที่ต้องมีการควบคุมอย่างมาก ในพืชมีดอกและพืชชั้นต่ำและสาหร่ายบางชนิดเช่นยูกลีนา การเปลี่ยนรูปของ protochlorophyllidae ไปเป็น chlorophyllide a เป็นขั้นตอนที่เมื่อมีแสง ในอีทิโอพลาสต์ของใบที่เจริญในที่มืด จะสะสม protochlorophyllidae ในระดับที่ต่ำมาก เมื่อใบพืชได้รับแสง protochlorophyllidae จะเปลี่ยนไปเป็น chlorophyllide a อย่างรวดเร็วจนหมด และสร้าง protochlorophyllidae ขึ้นมาใหม่ ใบที่ถูกแสงจึงกลายเป็นสีเขียว และถ้ามี protochlorophyllidae เหลืออยู่ การสังเคราะห์จะหยุดลง โดย protochlorophyllidae จะไปยับยั้งที่ปฏิกิริยาแรกคือยับยั้งการสร้าง ALA แต่ถ้าเพิ่ม ALA จากภายนอกเข้าไปจะเกิดการสังเคราะห์ protochlorophyllidae ขึ้นได้[4]
การสลายตัวคลอโรฟิลล์อาจเกิดจากมลพิษได้โดยโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนทำให้คลอโรฟิลล์บีในพืชลดลง[5] ส่วนสารมลพิษที่มีคลอรีนเป็นองค์ประกอบและสารกำจัดวัชพืชเช่นไกลโฟเสตทำให้คลอโรฟิลล์เอลดลง[6]