Хлорофилл: строение, функции и применение¶

Хлорофилл — зелёный пигмент, присутствующий в клетках фотосинтезирующих организмов: растений, водорослей и цианобактерий. По химической природе представляет собой магнийсодержащее хелатное соединение, относящееся к классу хлоринов — циклических тетрапирролов. Хлорофилл обеспечивает поглощение света и его преобразование в энергию химических связей в процессе фотосинтеза, а также придаёт растениям характерную зелёную окраску.

¶Строение

Молекула хлорофилла состоит из порфиринового ядра (тетрапиррольного макроцикла) с ионом магния в центре и длинной углеводородной фитольной цепи. Именно фитольный «хвост» закрепляет молекулу в мембране и придаёт ей гидрофобные свойства.

Основные типы:

• Хлорофилл a — универсальный пигмент всех фотосинтезирующих организмов, главный участник преобразования световой энергии.
• Хлорофилл b — вспомогательный пигмент высших растений и зелёных водорослей, расширяет спектр поглощаемого света.
• Хлорофиллы c, d, f — встречаются у различных групп водорослей и цианобактерий.

Молекула поглощает свет преимущественно в синей (около 430 нм) и красной (около 660 нм) областях спектра, отражая зелёный свет, что и определяет цвет листвы.

¶Функции

Главная функция хлорофилла — поглощение квантов света и передача энергии возбуждения в реакционные центры фотосистем I и II. В ходе световой фазы фотосинтеза эта энергия используется для расщепления воды, выделения кислорода и синтеза АТФ и НАДФ·Н. За счёт этого становится возможным синтез органических веществ из углекислого газа и воды.

Помимо основной, пигмент выполняет вспомогательные роли: участвует в регуляции поглощения избыточного света и защищает клетку от окислительного стресса.

¶Распространение и значение

Хлорофилл содержится в хлоропластах растительных клеток и в тилакоидных мембранах цианобактерий. Именно фотосинтез с участием хлорофилла лежит в основе пищевых цепей и обеспечивает накопление кислорода в атмосфере Земли. Считается, что массовое появление кислородного фотосинтеза в докембрии вызвало так называемую кислородную катастрофу, изменившую состав атмосферы.

¶Применение

• Пищевая промышленность — хлорофилл и его производные (например, хлорофиллин меди E141) используются как натуральные красители.
• Медицина и фармакология — производные хлорофилла применяют в составе ранозаживляющих и антибактериальных средств; хлорофилл рассматривается как фотосенсибилизатор в фотодинамической терапии.
• Косметология — входит в состав зубных паст, дезодорантов и уходовых средств.
• Аналитика — по содержанию хлорофилла оценивают состояние растений, продуктивность водоёмов и качество воды.
• Биотехнология — пигмент изучают как основу для искусственных фотосинтетических систем.

Хлорофилл нетоксичен для человека и широко исследуется как безопасный природный компонент.