Хлорофиллы. Многообразие форм. Структура, функции, основные этапы биосинтеза. Энергетические уровни фотовозбужденного хлорофилла. Флуоресценция и фосфоресценция

У высших растений и водорослей встречаются хлорофиллы, a, b, с, d, e.

Только хлорофилл а присутствует во всех перечисленных группах. Эмпири-

ческая формула хлорофилла а C55H72О5N4Mg.

По химической природе молекула хлорофилла состоит из порфирино-

вого кольца (тетрапиррола) в составе дикарбоновой кислоты – хлорофилли-

на, этерифицированной остатком метилового спирта и высокомолекулярного

одноатомного спирта – фитола. У хлорофилла в в пиррольном кольце II метильная

группа при С3 заменена альдегидной. Его эмпирическая формула –

C55H70О6N4Mg. При потере магния хлорофилл превращается в феофитин,

магния и фитола – в феофорбид, только фитола – в хлорофиллид.

Ядро хлорофилла обладает гидрофильными свойствами, остаток

фитола – гидрофобными свойствами. Это позволяет молекуле хлорофилла взаимодействовать как с белками, так и с липидами. Хлорофиллы легкорас-

творимы в ацетоне, серном эфире, этаноле, метаноле, сероуглероде, бензоле,

плохорастворимы в петролейном эфире.

Спектры поглощения хлорофиллов а и в этиловом эфире имеют сле-

дующие особенности. Их максимумы поглощения в синей части спектра (по-

лоса Соре) 428,5–430 нм и 452,5–455 нм, в красной части спектра 660–662 нм

и 642–649 нм. Положение красного максимума зависит от природы раствори-

теля. С ростом показателя преломления максимум поглощения смещается

в длинноволновую область. Общим свойством для всех порфириновых пигментов является способ-

ность к флюоресценции в красной (ближней инфракрасной) области спектра.

Максимум флюоресценции смещен в длинноволновую сторону по отноше нию к длинноволновому максимуму поглощения. Квантовый выход достига-

ет десятков процентов в органических растворителях и снижается до не-

скольких процентов или до нуля в живых клетках.

Синтез хлорофилла происходит в две фазы: темновую — до протохлорофиллида и световую — образование из протохлорофиллида хлорофиллида. Синтез начинается с превращения глутаминовой кислоты в 5-аминолевулиновую кислоту. 2 молекулы 5-аминолевулиновой кислоты конденсируются в порфобилиноген. Далее 4 молекулы порфобилиногена превращаются в протопорфирин IX. После этого в кольцо встраивается магний и получается протохлорофиллид. На свету и в присутствии НАДН образуется хлорофиллид. Протоны присоединяются к четвертому пиррольному кольцу в молекуле пигмента. На последнем этапе происходит взаимодействие хлорофиллида со спиртом фитолом.