Proteinele sunt substanțe organice cu conținut ridicat de azot, molecule ale căror molecule sunt construite din reziduuri de aminoacizi. Proteinele reprezintă până la jumătate și mai mult din masa uscată a unei celule vii.
Compoziția de proteine a elementelor chimice: C, O, H, N, S. Proteina apar uneori ca și elementele Fe, Cu, Zn, etc., dar nu și elementele chimice sunt „alfabet“, din care există încă o varietate de „cuvinte“ - molecule. proteine. Aceste blocuri de natura proteinelor ales compuși simpli - aminoacizi.
Toate proteinele constau în principal din 20 aminoacizi.
Prin compoziție, proteinele sunt împărțite în simple și complexe. Simplu constă numai în reziduuri de aminoacizi. Proteinele complexe diferă de proteinele simple prin prezența unui grup protetic. Proteina complexă, care a pierdut un grup protetic, se numește anoproteină. Proteinele complexe sunt împărțite în clase în funcție de compoziția și structura grupului protetic
numele grupului proteic complex proteic
metaloproteinele de atomi de metal
grupările fosfoproteinelor fosfat
glicoproteine, aligozaharide, zaharuri simple
nucleoproteine ale ADN sau ARN
Proteinele se referă la compuși moleculați înalți, care includ sute și chiar mii de resturi de aminoacizi, unite într-o structură macromoleculară. Greutatea moleculară a proteinelor variază de la 6.000 până la 1.000.000 daltoni și mai mare, în funcție de numărul lanțurilor de polipeptide individuale din structura moleculară unică a proteinei. Astfel de lanțuri de polipeptide sunt numite subunități. Greutatea lor moleculară variază foarte mult: de la 6000 la 100000 și mai mult dalton.
Clorofila aparține clasei de proteine. Clorofila este "una dintre cele mai interesante substanțe de pe suprafața pământului" (Charles Darwin), datorită faptului că este posibil să se sintetizeze substanțe organice din anorganice C și.
Cel mai important rol în procesul de fotosinteză este jucat de pigmentul verde - clorofila. Oamenii de știință din Franța, Pelletier și Caventu (1818), au izolat o frunză verde din frunze și l-au numit clorofilă (din frunze verzi "chloros" și "phyllon"). În prezent sunt cunoscute circa 10 clorofile. Ele diferă în ceea ce privește structura chimică, culoarea, distribuția în rândul organismelor vii. Toate plantele mai mari conțin clorofila a și b. Clorofila c se găsește în algele de diatom, clorofila d - în alge roșii. În plus, în celulele bacteriilor fotosintetice sunt prezente patru bacteriochlorofile. Celulele de bacterii verzi conțin bacterioclorofilele c și d. În celulele bacteriilor purpurii - bacteriochlorofilele a și b. Principalii pigmenți, fără de care nu se face fotosinteza, sunt clorofila a pentru plantele verzi și bacterioclorofila pentru bacterii.
Prima reprezentare exactă și pigmenții frunzei verzi au fost obținute datorită lucrărilor celui mai mare botanist rus MS Tsveta. El a izolat pigmentul frunzei în forma sa pură și a dezvoltat o nouă metodă cromatografică pentru separarea substanțelor. Această metodă a devenit mai târziu utilizată pe scară largă, atât în biochimie cât și în studii pur chimice.
Condiții de formare a clorofilei.
Formarea clorofilei se realizează în două faze: prima fază - întuneric, în care precursorul format din clorofilă - la care lumina de la protochlorophyll la clorofila formate lumina - protochlorophyll, iar al doilea. Pentru formarea de clorofilă, trebuie să aveți de fier. Cu o lipsă de plante de fier obținute sunt caracterizate prin dungi palide și o culoare verde slab de frunze. Formarea clorofila depinde de temperatura. Temperatura optimă pentru acumularea de clorofilă C. 26-30 cum era de așteptat, doar formarea protochlorophyll (faza închis) depinde de temperatura. În prezența ecologizarea protochlorophyll deja formate (faza de lumină), procesul se întoarce la aceeași viteză indiferent de temperatura. Rata de formare a Clorofila este influențată de conținutul de apă. Severă răsad deshidratare conduce la o încetare completă a formării clorofilă. Deosebit de sensibili la protochlorophyll gradul de deshidratare.
Chiar și VI Palladin a atras atenția asupra nevoii de carbohidrați pentru procesul de ecologizare. Este legat de faptul că ecologizarea germenilor în lumină depinde de vârsta lor. După vârsta de 7-9 zile, capacitatea de a forma clorofila în astfel de lăstari scade brusc. Când pulverizarea cu răsaduri de zaharoză începe din nou intensiv verde.
Condițiile nutriției minerale sunt de o importanță majoră pentru formarea de clorofilă. Mai întâi de toate, aveți nevoie de fier suficient. Cu o lipsă de fier, chiar frunzele plantelor adulte își pierd culoarea. Acest fenomen se numește cloroză. Fierul este un catalizator necesar pentru formarea de clorofilă. Este necesar în stadiul de sinteză Acidul aminolevulinic din glicerină și succinil-CoA, precum și sinteza protoporfirinei. O importanță deosebită pentru sinteza clorofilei este furnizarea normală de plante cu azot și magneziu, deoarece ambele elemente fac parte din clorofila. Cu o deficiență de cupru, clorofila este ușor distrusă. Acest lucru, aparent, se datorează faptului că cuprul promovează formarea unor complexe stabile între clorofila și proteinele corespunzătoare.
Proprietăți chimice ale clorofilei.
Conform compoziției chimice, clorofila este un ester al acidului dicarboxilic al clorofinilului. Clorofinilul este un compus organometalic care conține azot, legat de porfirine de magneziu. În centrul moleculei de clorofil este un atom de magneziu, care este conectat la patru grupări de azot pirol. În grupurile de pirol de clorofil, există un sistem de legături duble și simple alternante. Acesta este grupul cromoforic de clorofil, care determină colorarea acestuia.
Prezența magneziului este ușor de detectat. Unul trebuie doar să acționeze asupra extractului de alcool al clorofilei cu o soluție slabă de acid clorhidric sau un alt acid pentru a determina magneziu. Acest lucru va schimba culoarea - capota devine o tentă galben-maro. Clorofila fără magneziu se numește fenoftin:
Într-o moleculă de feofitină este relativ ușor să introduci ceva metal și să restabilești legătura organometalică. Pentru aceasta, la soluția de fheofitină se adaugă zinc acid acid acetic sau acid zinc și se încălzește. Zincul sau cuprul intră în moleculă de clorofilă, iar extractul devine din nou verde.
Formula chimică a fost creată în 1913 de către biochimii germani R. Vilstetter și A. Stoll. Aceștia au reușit să-l stabilească, separând succesiv unele părți din molecula de clorofil prin acțiunea acizilor și alcalinilor și apoi prin încălzirea sub presiune. Înainte de aceste studii în fiziologia plantelor, se credea că clorofila conține fier și nu magneziu. De asemenea, au demonstrat concludent prezența a două clorofile - a și b.
Același lucru a făcut formarea clorofilei cristaline. Willstatter și Stoll au arătat că enzima de clorofilază prezentă în frunzele verzi descompune alcoolul fitol și în locul său devine restul de alcool etilic sau metil. Astfel de compuși se numesc clorofilide. Dacă fitolul este înlocuit cu un reziduu de alcool etilic, compusul rezultat este numit clorofilid de etil.
Proprietăți optice ale clorofilei.
Clorofila absoarbe energia solară și o direcționează către reacții chimice care nu pot continua fără energia primită din exterior. Soluția de clorofilă în lumina transmisă are o culoare verde, dar atunci când grosimea stratului sau concentrația de clorofil crește, devine roșie.
Clorofila absorb lumina nu în întregime, ci selectiv. Când este trecut de șapte culori vizibile, care se trec treptat unul în celălalt. Când lumina albă trece prin prisma și soluția de clorofil pe spectrul obținut, cea mai intensă absorbție va fi în razele roșii și albastru-violet. Razele verde sunt absorbite puțin, deci într-un strat subțire de clorofil are o culoare transmisă în lumina transmisă. Cu toate acestea, cu o creștere a concentrației de clorofil, benzile de absorbție se extind (o parte considerabilă a razelor verzi este de asemenea absorbită) și fără absorbție trece doar o parte din razele roșii extreme. Spectrele de absorbție ale clorofilei a și b sunt foarte apropiate.
În lumina reflectată, clorofila, pare roșu de cireș, deoarece emite lumină absorbită cu o schimbare a lungimii de undă. Această proprietate a clorofilei se numește fluorescență.
Materiile prime pentru sinteza substraturilor de clorofil sunt compuși organici foarte simple - acetat și glicină. Procesul de sinteză a clorofilei este împărțit în trei etape.
Prima etapă constă în următoarele reacții:
1. Formarea acetilcoenzimei A, în care participă acetat, coenzima A și ATP. Reacția este catalizată de o sinteză de acil-coenzima A.
2. O formațiune suktsinilkofermenta a două molecule de acetil coenzima A. Este considerat mai puțin probabil nu invers: implicarea în acetat de ciclu și succinat formarea Krebs în ea și apoi suktsinilkofermenta A. Unii cercetători cred inițial biosinteza substratul clorofila și anume suktsinilkoferment A fără a examina reacțiile sale de formare ( ca non-specifice, efectuate în legătură cu alt lanț metabolic).
3. Formarea acidului a-amino-ceto-adipic din succinilcoenzima A și glicină, catalizată în același mod ca reacția următoare, cu enzima sintetază a acidului a-aminolevulinic:
4. Din acid a-amino-ceto-adipic, prin decarboxilare, se formează acid a-aminolevulinic:
5. Sinteza a două molecule de acid a-aminolevulinic din inelul pirolenic și apoi izomerizarea în inelul pirol pentru a forma porfobiinogen. Reacția este catalizată de enzima dehidrogenază-acidul aminolevulinic.
A doua etapă implică reacții de fuziune din patru inele de pirol ale unei molecule de protoporfirină.
6. Un lanț de tetrapyran este sintetizat din patru molecule de porfobilinogema sub influența enzimei porphobilin-deaminază.
7. Mecanismul reacției de închidere a lanțului deschis de tetrapiran la uroporfiriogenul III a fost cel puțin studiat.
8. Ca urmare a decarboxilarea toate cele patru resturi de acetat de uroporphyrinogen III koproporfirinogen format III, enzimă - uroporfirinogendekarboksilaza.
9. decarboxilarea și dehidrogenarea a două dintre cele patru reziduuri de propionat, ceea ce conduce la radicali de vinil în formarea inelelor și protoporfirinogenului IX, enzimă Acolo - koproporfirinogendekarboksilaza.
Ca urmare a dehidrogenării protoporfirinogenului IX, apare protoporfirina IX.
A treia etapă se caracterizează prin formarea și transformarea porfirinelor de magneziu.
11. Protoporfirina, care interacționează cu magneziul, se transformă în protoporfirin de magneziu.
Conversia la protochlorophyllide chlorophyllide constând în hidrogenarea uneia dintre legăturile duble cu două inel, se realizează, de obicei, cu ajutorul luminii (în cursul reacției fotochimice).
Numai în unele plante inferioare și gimnospermice această reacție poate avea loc în enzimă în întuneric. În clorofilidă, nu forma liberă de protoclorofilidă, ci complexul singular legat de proteine, așa numitul halocrom de protoclorofilid, este convertit.
15. Ultima reacție este esterificarea enzimatică a clorofilidei cu fitol, rezultând formarea de clorofilă a.
Diferite tipuri de clorofilă.
Diferitele tipuri de clorofil diferă, de regulă, de natura substituenților la atomii de carbon din inelele de pirol ale porfirinelor. Toate legăturile de atomi de carbon sunt implicate în formarea inelului porfirinic și, prin urmare, nu pot determina specificitatea speciilor clorofile individuale. Clorofilele de bacterii se numesc bacteriochlorofile. Știu patru. Majoritatea bacteriilor purpurii conțin bacterioclorofilă a. care determină capacitatea lor de fotosinteză:
Acest pigment este un porfirinei în care atomul de carbon din următorii substituenți sunt în pozițiile 1 - metil, 2 - acetil, 3 - metil, 4 - etil 5 - metil, atomul de carbon a 6 participă la formarea unui inel ciclopentan saturat 7 - esterul acidului propionic și alcoolul fitolic nesaturat cu greutate moleculară mare, 8-metil. Inelele B și D au doar o legătură dublă. În inelul ciclopentan din poziția 9, o grupare ceto și în 10 un radical carboximetil. Fitolul poate fi considerat derivat al izoprenului sau diterpenic cu o dublă legătură.
Bacteriochlorofilele cu bacterii d verde diferă de bacterioclorofil la o serie de caracteristici. Nu au un inel de ciclopentan. Radicalul carboximetil la atomul 10 este absent și atomii 9 și 10 fac parte din propil. În locul unui reziduu fitolat, acestea conțin farnesil.
La al doilea atom de carbon, porfirina are un radical oxietilic în loc de acetil. Unele bacterii verzi au câteva procente (până la 10) de bacteriochlorofilă a.
Toate celelalte organisme fotosintetice conțin clorofila a ca principal pigment verde.
Din bacterioclorofilă a diferă prin faptul că în poziția 2 are un radical vinilic. iar inelul B are o altă legătură dublă (datorită faptului că conține 2 atomi de hidrogen mai puțini).
În plus față de clorofila a. toate plantele superioare și cele mai multe alge (cu excepția albastru-verde și roșu) conțin clorofilă. Acesta diferă de clorofil prin aceea că atomul de carbon 3 are o grupare formil CHO în loc de metil.
În algele maro și crizofit, precum și în dinoflagelatele, cu clorofilă. fără a avea restul de fitol.
Algele roșii au clorofilă, care diferă de clorofila prin aceea că în locul unei grupări vinii cu un atom de carbon 2 există un radical formil.
Recunoașterea diferitelor tipuri de clorofil este efectuată utilizând caracteristici spectrale. De obicei, se studiază spectrul de absorbție al soluțiilor de pigmenți, cel puțin spectrul luminiscenței.