A clorofila

A clorofila é um produto químico presente nos cloroplastos das plantas. Ela permite que as plantas absorvam e usem a luz. A energia da luz é utilizada na fotossíntese para fazer glicose. Isto contém muita energia armazenada que a planta precisa liberar. Ela faz isso através da respiração. Esta energia é então utilizada quando a planta cresce ou repara danos. A clorofila também torna o caule e a folha da planta verdes.

A clorofila é um pigmento verde em quase todas as plantas, algas e cianobactérias. Ela absorve a luz mais fortemente na porção azul do espectro eletromagnético, seguida pela porção vermelha. Entretanto, é um absorvedor pobre de porções verdes e quase verdes do espectro. A clorofila foi isolada pela primeira vez em 1817.

A clorofila dá às folhas sua cor verde e absorve a luz que é utilizada na fotossíntese.
A clorofila dá às folhas sua cor verde e absorve a luz que é utilizada na fotossíntese.

A clorofila é encontrada em altas concentrações em cloroplastos de células vegetais.
A clorofila é encontrada em altas concentrações em cloroplastos de células vegetais.

Máximos de absorção de clorofilas contra o espectro da luz branca. [fonte? ]
Máximos de absorção de clorofilas contra o espectro da luz branca. [fonte? ]

A clorofila média de superfície marinha derivada do SeaWiFS para o período de 1998 a 2006.
A clorofila média de superfície marinha derivada do SeaWiFS para o período de 1998 a 2006.

Clorofila e fotossíntese

A clorofila é necessária para a fotossíntese, o que permite às plantas obter energia da luz.

As moléculas de clorofila estão dispostas dentro e ao redor das membranas dos cloroplastos. Ela serve a duas funções principais. A função da maioria das clorofilas (até várias centenas de moléculas por sistema fotográfico) é absorver a luz e transferir essa energia luminosa para os centros de reação. Estes pigmentos recebem o nome do comprimento de onda (em nanômetros) de sua absorção máxima de pico vermelho. Estes pigmentos de clorofila podem ser separados em uma simples experiência de cromatografia em papel.

A função do centro de reação clorofila é utilizar a energia transferida para ele dos outros pigmentos clorofílicos para sofrer uma reação redox específica. Nesta reação, a clorofila dá um elétron a uma cadeia de transporte de elétrons. Esta reação é como organismos fotossintéticos como as plantas produzem gás O2, e é a fonte para praticamente todo o O2 na atmosfera terrestre. O Photosystem I normalmente funciona em série com o Photosystem II.

O fluxo de elétrons produzido pelos pigmentos clorofila do centro de reação é usado para transportar íons H+ através da membrana, estabelecendo um potencial quimiossimótico usado principalmente para produzir energia química ATP; e esses elétrons finalmente reduzem NADP+ para NADPH, um redutor universal usado para reduzir CO2 em açúcares, bem como para outras reduções biossintéticas.

Uma lesma verde do mar, Elysia chlorotica, foi encontrada para usar a clorofila que comeu para realizar a fotossíntese por si mesma. Este processo é conhecido como cleptoplastia, e nenhum outro animal foi encontrado que tenha esta capacidade.

Por que verde e não preto?

Ainda não está claro exatamente por que as plantas evoluíram, em sua maioria, para serem verdes. As plantas verdes refletem principalmente a luz verde e quase verde, em vez de absorvê-la. Outras partes do sistema de fotossíntese ainda permitem que as plantas verdes utilizem o espectro da luz verde (por exemplo, através de uma estrutura foliar que prende a luz, carotenóides, etc.). As plantas verdes não utilizam uma grande parte do espectro visível da forma mais eficiente possível. Uma planta preta pode absorver mais radiação, e isto pode ser muito útil, não suportando os problemas de descarte deste calor extra (por exemplo, algumas plantas devem fechar suas aberturas, chamadas estoma, em dias quentes para evitar perder muita água). Mais precisamente, a questão se torna por que a única molécula absorvente de luz utilizada para a energia nas plantas é verde e não simplesmente preta.

O biólogo John Berman disse que a evolução não é um processo de engenharia, portanto muitas vezes tem limites que um engenheiro ou outro projetista não tem. Mesmo que as folhas pretas fossem melhores, as limitações da evolução podem impedir que as espécies se tornem tão eficientes quanto possível. Berman escreveu que conseguir pigmentos que funcionem melhor que a clorofila pode ser muito difícil. De fato, acredita-se que todas as plantas superiores (embriófitas) evoluíram de um ancestral comum que é uma espécie de algas verdes - portanto, a clorofila evoluiu apenas uma vez (ancestral comum).

Shil DasSarma, um geneticista microbiano da Universidade de Maryland, apontou que espécies de arquebactérias utilizam outra molécula absorvente de luz, a retina, para obter energia do espectro verde. Alguns cientistas acreditam que os arquebactérias absorventes de luz verde foram outrora os mais comuns no ambiente terrestre. Isto poderia ter deixado aberto um "nicho" para os organismos verdes que absorveriam os outros comprimentos de onda da luz solar. Esta é apenas uma possibilidade, e Berman escreveu que os cientistas ainda não estão convencidos de uma única explicação.

As plantas negras podem absorver mais radiação, e ainda assim a maioria das plantas são verdes
As plantas negras podem absorver mais radiação, e ainda assim a maioria das plantas são verdes

Estrutura química

A clorofila é um pigmento de cloro, que é estruturalmente semelhante e produzido através da mesma via metabólica que outros pigmentos de porfirina, como a hemorragia. No centro do anel de cloro está um íon de magnésio. Para as estruturas representadas neste artigo, alguns dos ligantes ligados ao centro Mg2+ são omitidos para maior clareza. O anel de cloro pode ter várias cadeias laterais diferentes, geralmente incluindo uma longa cadeia de ftol. Existem algumas formas diferentes que ocorrem naturalmente, mas a forma mais amplamente distribuída nas plantas terrestres é a clorofila a. A estrutura geral da clorofila a foi trabalhada por Hans Fischer em 1940. Em 1960, quando a maior parte da estereoquímica da clorofila a era conhecida, Robert Burns Woodward publicou uma síntese total da molécula. Em 1967, a última elucidação estereoquímica restante foi completada por Ian Fleming, e em 1990 Woodward e seus co-autores publicaram uma síntese atualizada. Em 2010, um pigmento fotossintético quase infravermelho chamado clorofila f poderia ter sido descoberto em cianobactérias e outros microorganismos oxigenados que formam estromatólitos.

As diferentes estruturas da clorofila estão resumidas a seguir:

Chlorophyll a

Clorofila b

Clorofila c1

Clorofila c2

Chlorophyll d

Clorofila f

Fórmula molecular

C55H72O5N4Mg

C55H70O6N4Mg

C35H30O5N4Mg

C35H28O5N4Mg

C54H70O6N4Mg

C55H70O6N4Mg

Grupo C2

-CH3

-CH3

-CH3

-CH3

-CH3

-CHO

Grupo C3

-CH=CH2

-CH=CH2

-CH=CH2

-CH=CH2

-CHO

-CH=CH2

Grupo C7

-CH3

-CHO

-CH3

-CH3

-CH3

-CH3

Grupo C8

-CH2CH3

-CH2CH3

-CH2CH3

-CH=CH2

-CH2CH3

-CH2CH3

Grupo C17

-CH2CH2COO-Phytyl

-CH2CH2COO-Phytyl

-CH=CHCOOOH

-CH=CHCOOOH

-CH2CH2COO-Phytyl

-CH2CH2COO-Phytyl

Obrigação C17-C18

Simples
(cloro)

Simples
(cloro)

Duplo
(porfirina)

Duplo
(porfirina)

Simples
(cloro)

Simples
(cloro)

Ocorrência

Universal

Principalmente plantas

Várias algas

Várias algas

Cianobactérias

Cianobactérias

Modelo de preenchimento de espaço da clorofila uma molécula
Modelo de preenchimento de espaço da clorofila uma molécula

Medindo a clorofila

Os medidores de teor de clorofila medem a absorção óptica de uma folha para estimar seu teor de clorofila. As moléculas de clorofila absorvem nas faixas azul e vermelha, mas não nas faixas verde e infravermelha. Os medidores de teor de clorofila medem a quantidade de absorção na faixa vermelha para estimar a quantidade de clorofila presente na folha. Para compensar a variação da espessura da folha, os medidores de clorofila também medem a absorção na faixa infravermelha que não é significativamente afetada pela clorofila.

O teor de clorofila das folhas pode ser medido de forma não destrutiva usando medidores portáteis alimentados por bateria. As medidas feitas por estes dispositivos são simples, rápidas e relativamente baratas. Eles agora têm uma grande capacidade de armazenamento de dados, com médias e gráficos.

Espectrofotometria

A medição da absorção da luz é complicada pelo solvente utilizado para extraí-la do material vegetal, o que afeta os valores obtidos,

  • No éter dietílico, a clorofila a tem absorvância máxima aproximada de 428 nm e 660 nm, enquanto a clorofila b tem absorvância máxima aproximada de 453 nm e 642 nm.
  • O pico de absorção da clorofila a está a 666 nm.
O espectro de absorção da clorofila, mostrando a faixa de transmitância medida por um medidor de clorofila CCM200 para calcular o conteúdo relativo de clorofila
O espectro de absorção da clorofila, mostrando a faixa de transmitância medida por um medidor de clorofila CCM200 para calcular o conteúdo relativo de clorofila

Espectros de absorção de clorofila livre a (verde ) e b (vermelho ) em um solvente. Os espectros das moléculas de clorofila são ligeiramente modificados in vivo, dependendo das interações específicas pigmento-proteína.
Espectros de absorção de clorofila livre a (verde ) e b (vermelho ) em um solvente. Os espectros das moléculas de clorofila são ligeiramente modificados in vivo, dependendo das interações específicas pigmento-proteína.

Biossíntese

Em Angiospermas, o último passo na síntese da clorofila é dependente da luz. Tais plantas são pálidas (etioladas) se cultivadas na escuridão. As plantas não vasculares e as algas verdes têm uma enzima adicional independente da luz e crescem verdes na escuridão.

A clorose é uma condição em que as folhas não produzem clorofila suficiente, de modo que se tornam amarelas. A clorose pode ser causada por não ter clorose férrica suficiente - ou por não ter magnésio ou nitrogênio suficientes. O pH do solo às vezes afeta estes tipos de clorose. Muitas plantas são adaptadas para crescer em solos com níveis específicos de pH e sua capacidade de absorver nutrientes do solo pode depender disso. A clorose também pode ser causada por patógenos, incluindo vírus, bactérias e infecções fúngicas, ou insetos sugadores de seiva.

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