Хлорофилл — это зеленый фотосинтетический пигмент, который содержится в растениях, водорослях и цианобактериях. Он отвечает за зеленый цвет листьев и растений и играет важную роль в фотосинтезе — процессе, посредством которого растения преобразуют солнечный свет в химическую энергию. Существует несколько различных форм хлорофилла, но две наиболее распространенные из них, встречающиеся в высших растениях, — это хлорофилл a и хлорофилл b.
Хлорофилл a и хлорофилл b очень похожи по структуре, но имеют разные спектры поглощения света. Хлорофилл a имеет сине-зеленый цвет и поглощает длины волн от 430 до 662 нм, тогда как хлорофилл b — желто-зеленый и поглощает свет от 450 до 642 нм.
Во время фотосинтеза хлорофилл a играет основную роль в поглощении света и передаче энергии. Он обнаружен во всех фотосинтезирующих организмах. Хлорофилл b помогает хлорофиллу a, расширяя диапазон длин волн, которые могут управлять фотосинтезом. Он обнаружен в наземных растениях и зеленых водорослях.
Химическая структура хлорофилла состоит из хлоринового кольца, окруженного длинной гидрофобной фитоловой цепью. Хлориновое кольцо содержит связанный магний (Mg) в своем центре. Различные спектры поглощения хлорофилла a и b обусловлены тонкими различиями в составе хлоринового кольца.
В частности, хлорофилл a имеет метильную группу на кольце II, тогда как хлорофилл b имеет альдегидную группу вместо этого. Эта альдегидная группа вызывает сдвиг в спектре поглощения хлорофилла b.
Хлорофилл a и хлорофилл b производятся из общего предшественника, называемого протохлорофиллидом. Фермент протохлорофиллидредуктаза катализирует превращение протохлорофиллида в хлорофиллид a. Затем он превращается в хлорофилл a путем добавления фитоловой цепи и магния.
Хлорофилл b образуется, когда метильная группа на кольце II хлорофилла a окисляется до альдегидной группы ферментом хлорофиллид a-оксигеназой (CAO). Следовательно, хлорофилл b напрямую синтезируется из хлорофилла a, а не из протохлорофиллида.
Как упоминалось ранее, основная роль хлорофилла a заключается в поглощении световой энергии и передаче ее во время светозависимых реакций фотосинтеза. Фитольная цепь хлорофилла a помогает закрепить его в тилакоидной мембране хлоропласта.
Хлорофилл b действует как вспомогательный пигмент, передавая поглощаемый им свет хлорофиллу a. Он увеличивает диапазон длин волн света, используемых для фотосинтеза. Это полезно в затененных помещениях, где меньше сине-фиолетового света.
На графике ниже показана разница в спектрах поглощения хлорофилла a и хлорофилла b:
| Длина волны (нм) | Хлорофилл a | Хлорофилл b |
|---|---|---|
| 400 | 0,1 | 0,1 |
| 425 | 2 | 1 |
| 450 | 13,5 | 7 |
| 475 | 29 | 24 |
| 500 | 50 | 52 |
| 525 | 71 | 69 |
| 550 | 82,5 | 71,5 |
| 575 | 85 | 65 |
| 600 | 82,5 | 48 |
| 625 | 77,5 | 27,5 |
| 650 | 72,5 | 7,5 |
| 675 | 42,5 | 2 |
Как видно из графика:
У наземных растений соотношение хлорофилла a к хлорофиллу b составляет примерно 3:1. Пропорции могут варьироваться в зависимости от вида, стадии роста и условий освещения. Как правило, молодые листья содержат больше хлорофилла b по сравнению со зрелыми листьями.
Это происходит потому, что хлорофилл b помогает поглощать сине-фиолетовый свет, проникающий в молодые листья. По мере созревания и утолщения листьев поглощается меньше синего света, поэтому требуется меньше хлорофилла b.
У растений есть и другие дополнительные пигменты, такие как каротиноиды и антоцианы, которые расширяют диапазон длин волн, в котором свет может управлять фотосинтезом. Каротиноиды поглощают в сине-фиолетовой области 400-500 нм, а антоцианы поглощают в зеленой области 500-600 нм.
Таким образом, в то время как хлорофилл a является основным пигментом, хлорофилл b и другие вспомогательные пигменты позволяют фотосинтезу происходить в более широком спектре света. Это особенно полезно в затененных условиях.
В умеренных регионах зеленая летняя листва деревьев и растений осенью превращается в калейдоскоп желтых, оранжевых и красных оттенков. Это вызвано распадом хлорофилла по мере сокращения светового дня.
Уменьшение хлорофилла демаскирует другие пигменты, такие как каротиноиды и антоцианы, которые производят теплые цвета. Листья с большим количеством хлорофилла b, как правило, становятся более желтыми по сравнению с листьями, содержащими только хлорофилл a.
Подводя итог, можно сказать, что хлорофилл a и хлорофилл b — это структурно схожие зеленые фотосинтетические пигменты, которые поглощают разные длины волн света.
Хлорофилл a — это основной пигмент, который непосредственно участвует в световых реакциях. Он сильно поглощает в красной и синей областях.
Хлорофилл b — это вспомогательный пигмент, который передает энергию хлорофиллу a. Он расширяет спектр поглощения, поглощая больше сине-фиолетового света.
Различные спектры поглощения обусловлены альдегидной группой на кольце II хлорофилла b по сравнению с метильной группой на хлорофилле a. Хлорофилл b способствует фотосинтезу в затененных средах с меньшим проникновением синего света.
Таким образом, по сути, ключевым различием между пигментами хлорофилла a и хлорофилла b является наличие альдегидной группы в хлорофилле b, что приводит к смещению его спектра поглощения в сторону сине-фиолетовой области по сравнению с хлорофиллом a. Их различные роли и распространенность позволяют растениям использовать более широкий диапазон длин волн света для фотосинтеза.