Clorofila

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Clorofila (também clorofila ) é um dos vários pigmentos verdes encontrados em cianobactérias e cloroplastos de algas e plantas .  Seu nome é derivado das palavras gregas χλωρός , chloros ("verde") e φύλλον , phyllon ("folha").  A clorofila é essencial na fotossíntese , permitindo que as plantas absorvam energia da luz.

As clorofilas absorvem a luz mais fortemente na porção azul do espectro eletromagnético , assim como na porção vermelha. Por outro lado, é um absorvente pobre de porções verdes e quase verdes do espectro, que reflete, produzindo a cor verde dos tecidos contendo clorofila. Dois tipos de clorofila existem nos fotossistemas de plantas verdes: clorofila ae b.

História

A clorofila foi isolada pela primeira vez e nomeada por Joseph Bienaimé Caventou e Pierre Joseph Pelletier em 1817.  A presença de magnésio na clorofila foi descoberta em 1906, e foi a primeira vez que o magnésio foi detectado em tecidos vivos.

Após o trabalho inicial feito pelo químico alemão Richard Willstätter de 1905 a 1915, a estrutura geral da clorofila a foi elucidada por Hans Fischer em 1940. Em 1960, quando a maior parte da estereoquímica da clorofila a era conhecida, Robert Burns Woodward publicou uma síntese total. da molécula.  Em 1967, a última elucidação estereoquímica restante foi completada por Ian Fleming ,  e, em 1990, Woodward e co-autores publicaram uma síntese atualizada.  Clorofila f foi anunciada para estar presente em cianobactériase outros microorganismos oxigenados que formam os estromatólitos em 2010; uma fórmula molecular de C 55 H 70 O 6 N 4 Mg e uma estrutura de (2- formil ) -clorofila a foram deduzidas com base nos espectros de RMN, ópticos e de massa.

Fotossíntese

A clorofila é vital para a fotossíntese , o que permite que as plantas absorvam energia da luz .

As moléculas de clorofila estão dispostas dentro e ao redor dos fotossistemas que estão embutidos nas membranas tilacóides dos cloroplastos .  Nestes complexos, a clorofila desempenha três funções. A função da grande maioria da clorofila (até várias centenas de moléculas por fotossistema) é absorver a luz. Tendo feito isso, esses mesmos centros executam sua segunda função: a transferência dessa energia luminosa por transferência de energia de ressonância para um par específico de clorofila no centro de reação dos fotossistemas. Este par afeta a função final das clorofilas, a separação de carga, levando à biossíntese. As duas unidades de fotossistema atualmente aceitas são o fotossistema IIe fotossistema I , que possuem seus próprios centros de reação distintos, denominados P680 e P700 , respectivamente. Estes centros são nomeados após o comprimento de onda (em nanômetros ) do máximo de absorção de pico vermelho. A identidade, função e propriedades espectrais dos tipos de clorofila em cada fotossistema são distintas e determinadas umas pelas outras e pela estrutura protéica que as circunda. Depois extraiu-se a partir da proteína em um solvente (tal como acetona ou metanol ), estes pigmentos de clorofila pode ser separado em clorofila-a e clorofila b .

A função do centro de reação da clorofila é absorver a energia da luz e transferi-la para outras partes do fotossistema. A energia absorvida do fóton é transferida para um elétron em um processo chamado separação de carga. A remoção do elétron da clorofila é uma reação de oxidação. A clorofila doa o elétron de alta energia a uma série de intermediários moleculares chamados cadeia de transporte de elétrons . O centro de reação de clorofila carregada (P680 + ) é então reduzido de volta ao seu estado fundamental aceitando um elétron retirado da água. O elétron que reduz o P680 +, em última análise, vem da oxidação da água em O 2 e H +através de vários intermediários. Esta reação é como organismos fotossintéticos tais como as plantas produzem O 2 gás, e é a fonte de praticamente toda a O 2 na atmosfera da Terra. Photosystem Normalmente, eu trabalho em série com o Photosystem II; assim, o P700 + do Photosystem I é geralmente reduzido à medida que ele aceita o elétron, via muitos intermediários na membrana tilacoide, pelos elétrons vindos, em última análise, do Photosystem II. As reações de transferência de elétrons nas membranas tilacóides são complexas, no entanto, e a fonte de elétrons usada para reduzir o P700 + pode variar.

O fluxo de elétrons produzido pelo centro de reação de pigmentos de clorofila é usado para bombear íons H + através da membrana tilacóide, estabelecendo um potencial quimiosmótico usado principalmente na produção de ATP (energia química armazenada) ou para reduzir NADP + a NADPH . O NADPH é um agente universal usado para reduzir o CO 2 em açúcares, bem como outras reações biossintéticas.

Os complexos de clorofila-proteína do centro de reação são capazes de absorver diretamente a luz e realizar eventos de separação de carga sem a ajuda de outros pigmentos de clorofila, mas a probabilidade de isso acontecer sob uma determinada intensidade de luz é pequena. Assim, as outras clorofilas no fotossistema e as proteínas do pigmento da antena absorvem e canalizam cooperativamente a energia da luz para o centro de reação. Além da clorofila a , existem outros pigmentos, chamados pigmentos acessórios , que ocorrem nesses complexos de antenas de pigmento-proteína.

Estrutura química

As clorofilas são numerosas em tipos, mas todas são definidas pela presença de um quinto anel além dos quatro anéis semelhantes a pirrole. A maioria das clorofilas são classificadas como clorinas , que são parentes reduzidos a porfirinas (encontradas na hemoglobina ). Eles compartilham uma via biossintética comum como porfirinas, incluindo o precursor uroporfirinogênio III . Ao contrário dos hemes, que apresentam ferro no centro do anel de tetrapirrole , as clorofilas ligam-se ao magnésio . Para as estruturas descritas neste artigo, alguns dos ligandos ligados ao centro de Mg2 + são omitidos para maior clareza. O anel de clorina pode ter várias cadeias laterais, geralmente incluindo uma longacadeia de phytol . A forma mais amplamente distribuída nas plantas terrestres é a clorofila a .

As estruturas das clorofilas estão resumidas abaixo:

Clorofila a Clorofila b Clorofila c1 Clorofila c2 Clorofila d Clorofila f
Fórmula molecular C 55 H 72 O 5 N 4 Mg C 55 H 70 O 6 N 4 Mg C 35 H 30 O 5 N 4 Mg C 35 H 28 O 5 N 4 Mg C 54 H 70 O 6 N 4 Mg C 55 H 70 O 6 N 4 Mg
Grupo C2 −CH 3 −CH 3 −CH 3 −CH 3 −CH 3 −CHO
Grupo C3 −CH = CH 2 −CH = CH 2 −CH = CH 2 −CH = CH 2 −CHO −CH = CH 2
Grupo C7 −CH 3 −CHO −CH 3 −CH 3 −CH 3 −CH 3
Grupo C8 −CH 2 CH 3 −CH 2 CH 3 −CH 2 CH 3 −CH = CH 2 −CH 2 CH 3 −CH 2 CH 3
Grupo C17 −CH 2 CH 2 COO − Phytyl −CH 2 CH 2 COO − Phytyl −CH = CHCOOH −CH = CHCOOH −CH 2 CH 2 COO − Phytyl −CH 2 CH 2 COO − Phytyl
Ligação C17-C18 Solteiro
(clorina) Solteiro
(clorina) Duplo
(porfirina) Duplo
(porfirina) Solteiro
(clorina) Solteiro
(clorina)
Ocorrência Universal Principalmente plantas Várias algas Várias algas Cianobactéria

Cianobactéria

Quando deixa degelar no processo de senescência da planta , a clorofila é convertida em um grupo de tetrapirroles incolores conhecidos como catabólitos de clorofila não fluorescentes (NCC's) com a estrutura geral:

Estes compostos também foram identificados em vários frutos de maturação.

Medição do teor de clorofila

A medição da absorção de luz é complicada pelo solvente usado para extrair a clorofila do material vegetal, o que afeta os valores obtidos,

Em éter dietílico , a clorofila a tem absorbância máxima aproximada de 430 nm e 662 nm, enquanto a clorofila b tem máximos aproximados de 453 nm e 642 nm.
Os picos de absorção da clorofila a estão em 465 nm e 665 nm. A clorofila a fluoresce a 673 nm (máximo) e 726 nm. O pico de coeficiente de absorção molar da clorofila a excede 10 5  M −1  cm −1 , que está entre os mais altos para compostos orgânicos de moléculas pequenas.
Em 90% de acetona-ua, os comprimentos de onda de absoro de pico da clorofila a s 430 nm e 664 nm; picos para clorofila b são 460 nm e 647 nm; picos para clorofila c1 são 442 nm e 630 nm; os picos para a clorofila c2 são 444 nm e 630 nm; os picos para a clorofila d são 401 nm, 455 nm e 696 nm.
Ao medir a absorção de luz nas regiões vermelha e vermelha distante, é possível estimar a concentração de clorofila dentro de uma folha.

Emissão de fluorescência de relação pode ser usada para medir o conteúdo de clorofila. Ao excitar a fluorescência da clorofila a em um comprimento de onda menor, a relação entre a emissão de fluorescência da clorofila em 705 ± 10 nm e 735 ± 10 nm pode fornecer uma relação linear do teor de clorofila quando comparado aos testes químicos. A relação F 735 / F 700 forneceu um valor de correlação de r 2 0,96 em comparação com o teste químico na faixa de 41 mg m −2 até 675 mg m −2 . Gitelson também desenvolveu uma fórmula para leitura direta do conteúdo de clorofila em mg m −2. A fórmula forneceu um método confiável de medir o conteúdo de clorofila de 41 mg m −2 até 675 mg m −2 com um valor de correlação r 2 de 0,95.

Biossíntese

Nas plantas, a clorofila pode ser sintetizada a partir de succinil-CoA e glicina , embora o precursor imediato da clorofila a e b seja a protoclorofila . Em plantas de Angiospérmicas , a última etapa, a conversão de protoclorophyllide em clorofila, é dependente da luz e tais plantas são pálidas ( estioladas ) se cultivadas na escuridão. Plantas não vasculares e algas verdes têm uma enzima independente da luz adicional e crescem verdes mesmo na escuridão.

A clorofila está ligada às proteínas e pode transferir a energia absorvida na direção necessária. Protoclorophyllide ocorre principalmente na forma livre e, sob condições de luz, atua como um fotossensibilizador , formando radicais livres altamente tóxicos . Assim, as plantas precisam de um mecanismo eficiente de regulação da quantidade de precursor da clorofila. Em angiospermas, isso é feito na etapa do ácido aminolevulínico (ALA), um dos compostos intermediários na via de biossíntese. Plantas que são alimentadas por ALA acumulam níveis elevados e tóxicos de protoclorophyllide; o mesmo acontece com os mutantes com o sistema regulador danificado.

Outras informações: Clorose
A clorose é uma condição na qual as folhas produzem clorofila insuficiente, tornando-as amarelas. A clorose pode ser causada por uma deficiência nutricional de ferro - chamada clorose de ferro - ou pela escassez de magnésio ou nitrogênio . O pH do solo às vezes desempenha um papel na clorose causada por nutrientes; muitas plantas são adaptadas para crescer em solos com níveis de pH específicos e sua capacidade de absorver nutrientes do solo pode ser dependente disso. A clorose também pode ser causada por patógenos, incluindo vírus, bactérias e infecções fúngicas, ou insetos sugadores de seiva.

Absorção de luz complementar de antocianinas com clorofilas

Antocianinas são outros pigmentos vegetais . O padrão de absorbância responsável pela cor vermelha das antocianinas pode ser complementar ao da clorofila verde em tecidos fotossinteticamente ativos, como folhas jovens de Quercus coccifera . Pode proteger as folhas de ataques por comedores de plantas que podem ser atraídos pela cor verde.

Distribuição
Os mapas de clorofila mostram miligramas de clorofila por metro cúbico de água do mar a cada mês. Locais onde as quantidades de clorofila eram muito baixas, indicando um número muito baixo de fitoplâncton , são azuis. Locais onde as concentrações de clorofila eram altas, significando que muitos fitoplâncton estavam crescendo, são amarelos. As observações vêm do espectrorradiômetro de resolução moderada (MODIS) no satélite Aqua da NASA. A terra é cinza escuro e os locais onde o MODIS não coleta dados por causa do gelo do mar, da escuridão polar ou das nuvens são cinza-claros. As concentrações mais altas de clorofila, onde pequenas plantas oceânicas de superfície prosperam, estão em águas polares frias ou em lugares onde as correntes oceânicas trazem água fria para a superfície, como ao redor do equador e ao longo das margens dos continentes. Não é a própria água fria que estimula o fitoplâncton. Em vez disso, as temperaturas frias são, com frequência, um sinal de que a água submergiu até a superfície das profundezas do oceano, transportando nutrientes acumulados ao longo do tempo. Nas águas polares, os nutrientes se acumulam nas águas superficiais durante os meses escuros de inverno, quando as plantas não podem crescer. Quando a luz solar retorna na primavera e no verão, as plantas florescem em altas concentrações.


Uso Culinário
A clorofila é registrada como um aditivo alimentar (corante) e seu número E é E140. Chefs usam clorofila para colorir uma variedade de alimentos e bebidas verdes, como massas e destilados. O absinto ganha sua cor verde naturalmente a partir da clorofila introduzida através da grande variedade de ervas utilizadas na sua produção. A clorofila não é solúvel em água, e é misturada primeiro com uma pequena quantidade de óleo vegetal para obter a solução desejada .