Физиология растений - Лебедев С.И.
ISBN 5-10-000574-2
Скачать (прямая ссылка):
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛОРОФИЛЛОВ
Среди пигментов зеленого листа хлорофилл, по выражению Ч. Дарвина, — это, по-видимому, одно из интереснейших веществ во всем органическом мире.
Впервые зеленый пигмент был выделен из листьев растений в 1818 г. французскими учеными Ж. Пельтье и Ж. Каванту, которые назвали его хлорофиллом. Химическое изучение этого пигмента было начато в 1907 г. Р. Вильштеттером и продолжено Г. Фишером в 1929 г., который в 1940 г. предложил полную структурную формулу хлорофилла; наконец, в 1960 г. осуществлен синтез хлорофилла.
Все хлорофиллы являются магниевыми солями пиррола:
Н
1
N
НС'/ХСН
II II НС—СН
пиррол
В центре молекулы хлорофилла находятся магний и четыре лиррольных кольца, соединенных друг с другом метановыми мостиками (см. с. 161).
Хлорофиллы являются сложными эфирами дикарбоновой хлорофиллиновой кислоты Сз2НзоОН4Мд(СООН)2 с двумя спиртами— фитолом (С2оН39ОН) и метанолом (СН3ОН).
Поэтому суммарную, формулу хлорофилла а — QsHraOsN.iA^g' можно изобразить и так:
/СООСНз
C32H30ON4Mg(
\СООС2оН39
Таким образом, в карбоксильных группах водород замещен -остатками метилового спирта (СН3) и фитола (С20Н39).
Важнейшей частью молекулы хлорофилла является центральное ядро. Оно состоит из четырех пиррольных пятичлеиных колец, соединенных между собой углеродными мостиками и образующих большое порфириновое ядро с атомами азота посередине, связанными с атомом магния. В молекуле хлорофилла имеется дополнительное циклопентановое кольцо, которое содержит карбонильную, а также карбоксильную группы, соединенные эфирной связью с метиловым спиртом. Наличие в пор-фириновом ядре конъюгированной по кругу системы десяти двойных связей и магния обусловливает характерный для хлорофилла зеленый цвет.
Хлорофилл b отличается от хлорофилла а только тем, что в его молекуле вместо метильной группы во втором пиррольиом кольце содержится альдегидная группа СОН. Хлорофилл а имеет сине-зеленую окраску, а хлорофилл b — светло-зеленую. Адсорбируются они в разных слоях хроматограммы, что свидетельствует о разных химических и физических свойствах.
\$НУ
н,с.=сп н . ,
I J. ч
/ '5s'C-^ ^C"'-^
\ I I I II >
HjC—q
\U AiT \
-C,H«
,CH
/ \ /
HC. Mg
W v_/
H3C—c( IV jl 1 111 )c—CHj
/ \ ¦'W //
C^V'
H L,Hi—1С b
о
T
H2C<
0 c=o
4-
O—CH3
CH
II.
C—CHj
Ibc:
>
CH,
:HC—CH3
H,c:
¦ >H2
H2ccf
>IC-----CHj
H2<
;ch,
HC—CHj
H3C"
Хлорофилл a
По современным представлениям, биосинтез хлорофилла Ь идет через хлорофилл а.
Спирт фитол по своей природе подобен пигменту каротину и является производным ненасыщенного углеводорода изопрена:
Н2С=С-СН=СН2.
!
СН,
Остаток фитола в хлорофилле придает ему липоидные свойства, т. е. способность растворяться в жировых растворителях. Изопрен служит исходным веществом для различных терпенов, эфирных масел, фитола, каротиноидов, каучука, являющихся продуктом полимеризации его молекулы.
При настаивании зеленых листьев в этиловом спирте в клет-'ках образуются зеленые кристаллы. Это этилхлорофиллид —-'продукт замещения остатка фитола СаоНз9 в хлорофилле о'стат-.ком этилового спирта С2Н&:
Расщепление таких связей осуществляется ферментом из класса гидролаз — хлорофиллазой, способной действовать в концентрированных спиртовых растворах.
Молекула бактериохлорофилла отличается от хлорофилла тем, что вместо винильной группы (—СН=СН2) в первом пир* рольном кольце находится ацильная .группа (—СО—7СНз) и гидрированы 3-й и 4-й атомы углерода (второе пирролыюе кольцо).
По строению порфириновое ядро хлорофилла подобно активным группам некоторых важнейших дыхательных ферментов: пероксидазе, каталазе, цитохромоксидазе и гемину—красящему веществу крови. В состав этих ферментов и гемина крови также входят четыре пиррольных остатка, соединенных в виде порфирниового ядра, в центре которого находится железо. Сходство строения красящего вещества растений хлорофилла со строением гемина крови было впервые доказано одним из основоположников биохимии в России профессором экспериментальной медицины в Петербурге М. В. Ненцким и профессором Краковского университета Л. П. Мархлевским. •В последние годы ряд исследователей обнаружили в клубеньках бобовых растений гемоглобин, в состав которого входит гемин, что свидетельствует о единстве растительного и животного мира,