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恒奥德为您介绍叶绿素的功效与作用

  叶绿素(chlorophyll)是一类与光合作用(photosynthesis)有关的最重要的色素。光合作用是通过合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程。叶绿素实际上存在于所有能营造光合作用的生物体,包括绿色植物、原核的蓝绿藻(蓝菌)和真核的藻类。叶绿素从光中吸收能量,然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。

  叶绿素为镁卟啉化合物,包括叶绿素a、b、c、d、f以及原叶绿素和细菌叶绿素等。去镁叶绿素

  化学结构

  叶绿素分子结构

  19世纪初,俄国化学家、色层分析法创始人M.C.茨韦特用吸附色层分析法证明高等植物叶子中的叶绿素有两种成分。德国H.菲舍尔等经过多年的努力,弄清了叶绿素的复杂的化学结构。1960年美国R.B.伍德沃德领导的实验室合成了叶绿素a。至此,叶绿素的分子结构得到定论。

  叶绿素分子是由两部分组成的:核心部分是一个卟啉环(porphyrin ring),其功能是光吸收;另一部分是一个很长的脂肪烃侧链,称为叶绿醇(phytol),叶绿素用这种侧链插入到类囊体膜。与含铁的血红素基团不同的是,叶绿素卟啉环中含有一个镁原子。叶绿素分子通过卟啉环中单键和双键的改变来吸收可见光。各种叶绿素之间的结构差别很小。如叶绿素a和b仅在吡咯环Ⅱ上的附加基团上有差异:前者是甲基,后者是甲醛基。细菌叶绿素和叶绿素a不同处也只在于卟啉环Ⅰ上的乙烯基换成酮基和环Ⅱ上的一对双键被氢化。

  化学性质

  高等植物叶绿体中的叶绿素主要有叶绿素a 和叶绿素b 两种。它们不溶于水,而溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。叶绿素a分子式:C55H72O5N4Mg;叶绿素 b分子式:C55H70O6N4Mg。在颜色上,叶绿素a 呈蓝绿色,而叶绿素b 呈黄绿色。按化学性质来说,叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶醇所酯化。

  叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。镁原子居于卟啉环的中央,偏向于带正电荷,与其相联的氮原子则偏向于带负电荷,因而卟啉具有极性,是亲水的,可以与蛋白质结合。叶醇是由四个异戊二烯单位组成的双萜,是一个亲脂的脂肪链,它决定了叶绿素的脂溶性。叶绿素不参与氢的传递或氢的氧化还原,而仅以电子传递(即电子得失引起的氧化还原)及共轭传递(直接能量传递)的方式参与能量的传递。

  光合作用

  光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着

  能量的有机物,并且释放出氧的过程。光合作用的第一步是光能被叶绿素吸收并将叶绿素离子化。产生的化学能被暂时储存在三磷酸腺苷(ATP)中,并最终将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气。

  1864年,德国科学家萨克斯做了这样一个实验:把绿色叶片放在暗处几小时,目的是让叶片中的营养物质消耗掉。然后把这个叶片一半曝光,另一半遮光。过一段时间后,用碘蒸气处理叶片,发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化,曝光的那一半叶片则呈深蓝色。这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。

  1880年,德国科学家恩吉尔曼用水绵进行了光合作用的实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且是黑暗的环境里,然后用极细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近;如果上述临时装片完全暴露在光下,好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。恩吉尔曼的实验证明:氧是由叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。

  叶绿素的可见光波段的吸收光谱,在蓝光和红光处各有一显著的吸收峰。吸收峰的位置和消光值的大小随叶绿素种类不同而有所不同。叶绿素a最大的吸收光的波长在420-663nm,叶绿素b 的最大吸收波长范围在460-645nm。当叶绿素分子位于叶绿体膜上时,由于叶绿素与膜蛋白的相互作用,会使光吸收的特性稍有改变。

  叶绿素的酒精溶液在透射光下为翠绿色,而在反射光下为棕红色。

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荧光效应

  这个红光就是叶绿素受光激发后发射的荧光。这个现象就是荧光现象。其主要原理是由于叶绿素有两个不同的吸收峰。叶绿素吸收光的能力极强,如果把叶绿素的丙酮提取液放在光源与分光镜之间,可以看到光谱中有些波长的光被吸收了。因此,在光谱上就出现了黑线或暗带,这种光谱叫吸收光谱。叶绿素吸收光谱的最强区域有两个:一个是在波长为640nm-660nm的红光部分,另一个在波长为430nm-450nm的蓝紫光部分。对其他光吸收较少,其中对绿光吸收最少,由于叶绿素吸收绿光最少,所以叶绿素的溶液呈绿色。叶绿素的丙酮提取液在透射光下是翠绿色的,而在反射光下是棕红色的。 叶绿素溶液的荧光可达吸收光的10%左右。而鲜叶的荧光程度较低,指占其吸收光的0.1%-1%左右。