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葉綠素合成勝利

華里士 2023-12-29 03:18:46

在60年前的今天,1960年11月29日

,葉綠素合成成功

1960年11月29日

,德國科學家馬丁斯特雷爾和美國科學家羅伯特伯恩斯伍德沃德成功合成葉綠素
。葉綠素是能將光轉(zhuǎn)化為能量的最有效物資之一

葉綠素合成勝利

1類與光合作用(photosynthesis)有關(guān)的最重要的色素

。光合作用是通過合成一些有機化合物將光能轉(zhuǎn)變成化學能的進程
。葉綠素實際上見於所有能營光合作用的生物體
,包括綠色植物、原核的藍綠藻(藍菌)和真核的藻類
。葉綠素從光中吸收能量
,然後能量被用來將二氧化碳轉(zhuǎn)變成碳水化合物。

葉綠素有幾個不同的類型︰葉綠素a和b是主要的類型

,見於高等植物及綠藻
;葉綠素c和d見於各種藻類,常與葉綠素a并存
;葉綠素e罕見
,見於某些金藻;細菌葉綠素見於某些細菌
。在綠色植物中
,葉綠素見於稱為葉綠體的細胞器內(nèi)的膜狀盤形單位(類囊體)。葉綠素份子包括1個中央鎂原子
,外圍1個含氮結(jié)構(gòu)
,稱為卟啉環(huán);1個很長的碳-氫側(cè)鏈(稱為葉綠醇鏈)連接於卟啉環(huán)上
。葉綠素種類的不同是某些側(cè)基的微小變化造成
。葉綠素在結(jié)構(gòu)上與血紅素極其類似,血紅素是見於哺乳動物和其他脊椎動物紅血球內(nèi)的色素
,用以攜帶氧氣

份子立體模型綠色植物是利用空氣中的二氧化碳、陽光

、泥土中的水分及礦物資來為自己制造食品
,全部進程名為光合作用,而所需的陽光則被葉子內(nèi)的綠色元素吸收
,這一種綠色的有機化合物就是葉綠素

葉綠素(chlorophyll):光合作用膜中的綠色色素,它是光合作用中捕獲光的主要成份

高等植物葉綠體中的葉綠素(chlorophyll

,chl)主要有葉綠素a 和葉綠素b 兩種
,份子式:C40H70O5N4Mg,屬于合成天然低份子有機化合物
。葉綠素不屬于芳香族化合物
。它們不溶于水,而溶于有機溶劑
,如乙醇
、丙酮、乙醚
、氯仿等
。在色彩上,葉綠素a 呈藍綠色
,而葉綠素b 呈黃綠色
。在右圖所示的葉綠素的結(jié)構(gòu)圖中,可以看出
,此份子含有3種類型的雙鍵
,即碳碳雙鍵,碳氧雙鍵和碳氮雙鍵.按化學性質(zhì)來講
,葉綠素是葉綠酸的酯
,能產(chǎn)生皂化反應(yīng)。葉綠酸是雙羧酸
,其中1個羧基被甲醇所酯化
,另外一個被葉醇所酯化。

葉綠素份子含有1個卟啉環(huán)的頭部和1個葉綠醇的尾巴

。鎂原子居于卟啉環(huán)的中央
,偏向于帶正電荷,與其相聯(lián)的氮原子則偏向于帶負電荷
,因此卟啉具有極性
,是親水的,可以與蛋白質(zhì)結(jié)合
。葉醇是由4個異戊2烯單位組成的雙萜
,是1個親脂的脂肪鏈,它決定了葉綠素的脂溶性
。葉綠素不參與氫的傳遞或氫的氧化還原
,而僅以電子傳遞(即電子得失引發(fā)的氧化還原)及共軛傳遞(直接能量傳遞)的方式參與能量的傳遞。

卟啉環(huán)中的鎂原子可被H+

、Cu2+
、Zn2+所置換
。用酸處理葉片
,H+易進入葉綠體
,置換鎂原子構(gòu)成去鎂葉綠素,使葉片呈褐色
。去鎂葉綠素易再與銅離子結(jié)合
,構(gòu)成銅代葉綠素,色彩比原來更穩(wěn)定
。人們常根據(jù)這一原理用醋酸銅處理來保存綠色植物標本

共有a、b

、c和d4種
。凡進行光合作用時釋放氧氣的植物均含有葉綠素a;葉綠素b存在于高等植物
、綠藻和眼蟲藻中
;葉綠素c存在于硅藻、鞭毛藻和褐藻中
,葉綠素d存在于紅藻
。葉綠素a的份子結(jié)構(gòu)由4個吡咯環(huán)通過4個甲烯基(=CH)連接構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu),稱為卟啉(環(huán)上有側(cè)鏈)
。卟啉環(huán)中央結(jié)合著1個鎂原子
,并有1環(huán)戊酮(Ⅴ),在環(huán)Ⅳ上的丙酸被葉綠醇(C20H39OH)酯化
、皂化后構(gòu)成鉀鹽具水溶性
。在酸性環(huán)境中,卟啉環(huán)中的鎂可被H取代
,稱為去鎂葉綠素
,呈褐色,當用銅或鋅取代H
,其色彩又變成綠色
,此種色素穩(wěn)定,在光下不褪色
,也不為酸所破壞
,浸制植物標本的保存,就是利用此特性
。在光合作用中
,絕大部份葉綠素的作用是吸收及傳遞光能,僅極少數(shù)葉綠素a份子起轉(zhuǎn)換光能的作用
。它們在活體中大概都是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起
,存在于類囊體膜上。

葉綠醇是親脂的脂肪族鏈

,由于它的存在而決定了葉綠素份子的脂溶性
,使之溶于丙酮
、酒精、乙醚等有機溶劑中
。主要吸收紅光及藍紫光(在640⑹60nm的紅光部份和430⑷50nm的藍紫光強的吸收峰)
,由于葉綠素基本上不吸收綠光使綠光透過而顯綠色,由于在結(jié)構(gòu)上的差別
,葉綠素a呈藍綠色
,b呈黃綠色。在光下易被氧化而褪色
。葉綠素是雙羧酸的酯
,與堿產(chǎn)生皂化反應(yīng)。

點評:光合作用中最重要的色素

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