کلروفیل مولکولی است که نور خورشید را جذب می‌کند و از انرژی آن برای سنتز کربوهیدرات از کربن دی اکسید و آب استفاده می کند. این فرآیند به عنوان فتوسنتز شناخته می‌شود و فرایندی برای حفظ حیات همه گیاهان است. از آنجا که حیوانات و انسان‌ها از طریق خوردن گیاه، غذای خود را به دست می‌آورند، می‌توان گفت که فتوسنتز منبع حیات و چرخه غذایی در اکوسیستم است. در این مطلب کلروفیل، ساختار، عملکرد و انواع آن را به زبان ساده و به طور مفصل توضیح داده‌ایم.

کلروفیل یا سبزینه چیست؟

«کلروفیل» (Chlorophyll) یا سبزینه یکی از چند رنگدانه سبزی است که در مزوزوم‌های موجود در سیانوباکترها، جلبک‌ها و سلول‌های گیاهی فتوسنتز کننده وجود دارد. کلمه کلروفیل، از ریشه یونانی «khloros» به معنای رنگ سبز گرفته شده است.کلروفیل، برای انجام انواع فتوسنتز و تولید انرژی ضروری است چون به گیاهان امکان می‌دهد که نور را به دام بیندازند و انرژی را از آن جذب کنند.

کلروفیل‌ها قادرند که درصد بالایی از نور را در قسمت آبی طیف الکترومغناطیسی و همچنین در قسمت قرمز جذب کنند. برعکس، جذب کننده ضعیفِ قسمت‌های سبز و نزدیک به سبز طیف نوری هستند و با انعکاس آن باعث تولید رنگ سبز در بافت‌های حاوی خود می‌شوند.

کلروفیل
منعکس کردن رنگ سبز توسط کلروفیل‌ها، منجر به سبز دیده شدن گیاهان می‌شود.

کلروفیل چگونه کشف شد؟

کلروفیل برای اولین بار توسط «Bienaimé Caventou» و «Pierre Joseph Pelletier» در سال 1817 جداسازی و نامگذاری شد. وجود منیزیم در کلروفیل و برای اولین بار حضور آن در یک بافت زنده، در سال 1906 کشف شد. پس از فعالیت‌های اولیه شیمی‌دان آلمانی به نام «ریچارد ویلستاتر» بین سال‌های 1905 تا 1915، ساختار کلی کلروفیل a توسط هانس فیشر در سال 1940 مشخص شد.

در سال 1960، هنگامی که ساختار شیمایی کلروفیل a تقریبا شناخته شده بود، رابرت برنز وودوارد، توانست این مولکول را به طور کامل سنتز کند. در سال 1967، آخرین توضیح استریوشیمیایی (شیمی فضایی) باقیمانده توسط «ایان فلمینگ» به پایان رسید و در سال 1990 وودوارد و همکارانش، سنتز مجدد کلروفیل را انجام دادند. در سال 2010 اعلام شد که نوعی از کلروفیل به نام کلروفیل f، در سیانوباکترها و سایر میکروارگانیسم‌های تولیدکننده اکسیژن (استروماتولیت‌ها) وجود دارد.

زیست‌شناسی سلولی از دروس و مباحث مهم و بنیادی برای دانشجویان تمام رشته‌های زیست‌شناسی، علوم پایه پزشکی، بیوتکنولوژی، زیست‌شناسی گیاهی و برخی رشته‌های دیگر و در کنکور مقاطع بالاتر تحصیلات تکمیلی نیز بسیار حائز اهمیت است. یکی از مباحث اصلی این درس، مطالعه ساختار سلول و اندامک‌های آن است. در آموزشی که لینک آن در ادامه آمده، مباحث اصلی مرتبط با سلول از جمله ساختار و عملکرد کلروپلاست ارائه شده‌اند.

کلروفیل کجاست؟

در گیاهان، رنگدانه‌ها در فتوسیستم ۱ و ۲، در غشای تیلاکوئیدی کلروپلاست‌ها قرار دارند. این بدان معنی است که از سلول‌های یوکاریوتی تشکیل شده‌اند. کلروفیل، عملکرد خود را در داخل کلروپلاست انجام می‌دهد و محصور بودن در کلروپلاست به عملکرد بهتر آن‌ها کمک می‌کند. در بعضی از پروکاریوت‌های فتوسنتز کننده مانند سیانوباکترها، به دلیل عدم وجود کلروپلاست و سایر اندامک‌های متصل به غشای سلولی، رنگدانه‌ها در غشای پلاسمایی محصور نمی‌شوند و در سیتوپلاسم هستند.

محل کلروفیل

ساختار کلروفیل چگونه است؟

ساختار پایه یک مولکول کلروفیل، وجود حلقه پورفیرین است که به یک اتم مرکزی اتصال دارد. گروه هِم در هموگلوبین، ساختاری بسیار مشابه با کلروفیل دارد با این تفاوت که در آن اتم مرکزی آهن، اما در کلروفیل، یون مرکزی منیزیم است. کلروفیل‌ها انواع مختلفی دارند اما همه آن‌ها با یک حلقه پنجم پیرول مانند تعریف می‌شوند.

بخش دوم کلروفیل، زنجیره‌های هیدروکربنی هستند که از طریق یک گروه کربوکسیلیک اسید به هم متصل شده‌اند. زنجیره هیدروکربنی قسمت دم ساختار را تشکیل می‌دهد. رنگدانه‌های کلروفیل، به پروتئین‌هایی متصل هستند که آن‌ها را در موقعیت مناسب نگه داشته‌اند تا انرژی نور را به دام بیندازند و آن را در حین فتوسنتز به سایر اجزای زنجیره منتقل کنند.

بیشتر کلروفیل‌ها تحت عنوان کلرین‌ها طبقه‌بندی می‌شوند که از انواع احیا شده پورفیرین‌ها (در هموگلوبین یافت می‌شود) هستند. آن‌ها یک مسیر بیوسنتز مشترک با پورفیرین‌ها، از جمله وجود پیش‌ساز یوروپورفیرینوژن III دارند. برخلاف هِِم، که در مرکز حلقه تتراپیرول خود دارای یون آهن است، کلروفیل‌ها منیزیم دارند. حلقه کلرین می‌تواند دارای زنجیره‌های جانبی مختلفی باشد که به طور معمول شامل یک زنجیره فیتولی بلند است.

ساختار کلروفیل

انواع کلروفیل

انواع مختلف کلروفیل در طبیعت عبارتند از:

  • کلروفیل a
  • کلروفیل b
  • کلروفیل c
  • کلروفیل d
  • کلروفیل e
  • کلروفیل f

کلروفیل a و b انواع رایج آن هستند که در گیاهان پیشرفته و جلبک‌های سبز یافت می‌شوند. کلروفیل‌های c و d اغلب همراه با کلروفیلِ نوع a، در جلبک‌ها وجود دارند. کلروفیل e نوع نادری است که در برخی از جلبک‌های طلایی دیده می‌شود.

کلروفیل گیاهان

کلروفیل a و b

دو نوع اصلی کلروفیل در گیاهان، انواع a و b هستند و فراوان‌ترین نوع کلروفیل در گیاهان زمینی، کلروفیلِ a است. این دو مولکول فقط در ترکیب یکی از زنجیره‌های جانبی خود دارای تفاوت اندکی هستند. هر دوی این کلروفیل‌ها، گیرنده‌های نوری بسیار قوی هستند زیرا شبکه‌ای از پیوندهای یگانه و دوگانه متناوب دارند.

تفاوت در گروه‌های جانبی دو نوع کلروفیل، بر طیف جذبی و طول‌موج جذبی آن‌ها اثر می‌گذارد. نور در طول موج ۴۶۰ نانومتر توسط کلروفیلِ a به خوبی قابل جذب نیست در حالی‌که طول موج بهینه کلروفیلِ b همین مقدار است. بنابراین این دو کلروفیل، در واقع قدرت جذبی یکدیگر را پوشش می‌دهند.

گیاهان می‌توانند تمام انرژی مورد نیاز خود را از بخش آبی و قرمز نور دریافت کنند اما همچنان ناحیه‌ای بین ۵۰۰ تا ۶۰۰ نانومتر وجود دارد که گیاهان قادر به جذب مقدار کمی از این بخش نور هستند. کلروفیل می‌تواند هنگام پختن غذاهای گیاهی آسیب ببیند، زیرا حین این فرایند، اتم منیزیم مرکزی در پورفیرین، با یون‌های هیدروژن جایگزین می‌شود. این روند بر سطح انرژی درون مولکول تأثیر می‌گذارد و باعث تغییر طیف جذبی آن خواهد شد.

بنابراین سبزیجات پخته شده تغییر رنگ می‌دهند و اغلب به رنگ سبز مایل به زرد یا بی‌رنگ در می‌آیند. در تمام گیاهانی که قادر به فتوسنتز اکسیژنیک هستند، کلروفیلِ a نه تنها در کمپلکس‌های برداشت نور، بلکه در واکنش‌هایی که در مراکز واکنش اتفاق می‌افتند هم نقش دارد. به عنوان یک رنگدانه مکمل، کلروفیلِ b در برداشت نور ۳ برابر کلروفیلِ a عملکرد دارد.

کلروفیل را همچنین می‌توان در گیاهان سبز و جلبک‌ها و همچنین موجوداتی مانند پروکلروفیت (گروهی از باکتری‌های فتوسنتز کننده) یافت. در بعضی از ارگانیسم‌ها به عنوان مثال برخی از کروموفیت‌ها (گیاهان تنه دار)، این رنگدانه با کلروفیل نوع c همراه است. در گیاهان و میکروارگانیسم‌های دارای کلروفیل b، رنگدانه در آنتن کمپلکس‌های فتوسیستم II قرار دارد که حدود 50 درصد محتوای کلروفیل سلول را تشکیل می‌دهند.

طیف جذبی کلروفیل
مقایسه طیف جذبی کلروفیل‌های a و b

کلروفیل c

کلروفیل c را می‌توان در تعدادی از ارگانیسم‌ها از جمله ۹ گونه از جلبک‌ها (جلبک‌های کروموفیت) و همچنین دو نوع پروکاریوت یافت. بسته به ارگانیسم، کلروفیلِ c با سایر رنگدانه‌ها به عنوان مثال کلروفیلِ a و کاروتنوئیدها، همراه است. در مقایسه با سایر اشکال کلروفیل که منیزیم-کلرین هستند، کلروفیلِ c منیزیم فیتوپورفیرین است.

در حلقه C-17، ساختار این رنگدانه حاوی اسید پروپنوئیک (یک اسید ترانس اکریلیک) است که جایگزین زنجیره جانبی اسید پروپیونیک موجود در کلروفیل‌های a و b می‌شود. با توجه به ساختار، اشکال کلروفیل c که ماهیت قطبی دارند، پروتوکلروفیلید (پیش‌ساز کلروفیل) هستند. با این حال، به دلیل توانایی در برداشت نور، به عنوان کلروفیل، در نظر گرفته می‌شوند.

در حالت طبیعی کلروفیل c دارای رنگ طلایی مایل به سبز است و در طیف وسیعی از جلبک‌های دریایی و آب شیرین و برخی از میکروارگانیسم‌ها یافت می‌شود. انواع کلروفیل c که تا به امروز شناخته شده‌اند عبارتند از:

  • کلروفیل c1
  • کلروفیل c2
  • کلروفیل c3
  • کلروفیل (c (cs-170

کلروفیل d

کلروفیل d در جلبک‌های قرمز و برخی از میکروارگانیسم‌ها (مانند سیانوباکتریوم) یافت می‌شود، یک رنگدانه جزئی است که در جذب طیف قرمز نور (طیف انتهایی نور قرمز) نقش دارد. از نظر ساختار، کلروفیلِ d، در مقایسه با کلروفیلِ a، دارای گروه فرمیل است که در کلروفیلِ a به جای آن یک گروه C3-وینیل قرار دارد.

برای موجوداتی مانند «Acaryochloris marina» که گونه‌ای از سیانوباکترها است، درصد بالای کلروفیلِ d امکان رشد در محیط‌هایی با نور کمتر را فراهم و به آن‌ها کمک می‌کند تا نوری را که از طول موج‌های قرمز و آبی تخلیه شده است را جذب کنند.

کلروفیل f
تصویر میکروسکوپی از سیانوباکترهای Acaryochloris marina
که دارای کلروفیل d هستند.

کلروفیل f

کلروفیل f جدیدترین کلروفیلِ شناخته شده است که بر خلاف رنگدانه‌های دیگر، در سیانوباکترهای مناطق مرطوب وجود دارد. با این حال، مانند کلروفیلِ a و c، نوع f نیز یک رنگدانه جانبی در سیستم آنتن سیانوباکترها است.

یکی از بزرگترین مزایای این رنگدانه، جذب مقادیر بالای نور نزدیک به مادون قرمز در مقایسه با سایر اشکال کلروفیل است که به ارگانیسم امکان جذب انرژی از طول موج نوری متفاوت را می‌بخشد. کشف این رنگدانه مهم بود، زیرا تصور نمی‌شد که میکروارگانیسم‌های فتوسنتز کننده، قادر به استفاده از نور مادون قرمز به عنوان منبع انرژی باشند.

باکتریوکلروفیل چیست؟

«باکتریوکلروفیل» (Bacteriochlorophyll) یک نوع رنگدانه فتوسنتزی است که در باکتری‌های مختلف فوتوتروف وجود دارد. این رنگدانه‌ها توسط C. B. van Niel در سال 1932 کشف شدند و با کلروفیل‌ها مرتبط هستند.

ارگانیسم‌هایی که باکتریوکلروفیل دارند، برای حفظ انرژی مورد نیاز خود فتوسنتز انجام می‌دهند اما به عنوان محصول جانبی، اکسیژن تولید نمی‌کنند. این رنگدانه‌ها، قدرت جذب طول موج‌های نوری متفاوت با گیاهان یا سیانوباکترها را دارند. باکتریوکلروفیل‌ها هم مانند کلروفیل، از انواع مختلفی تشکیل شده‌اند که با حروفی مانند a، b، c، d نمایش داده می‌شوند.

باکتریوکلروفیل

کلروفیل چگونه ساخته می شود؟

در برخی از گیاهان، کلروفیل از اسیدآمینه گلوتامات و طی مسیر بیوسنتزی مشترک با هِم و سیروهِم سنتز می‌شود. آنزیم کلروفیل سنتاز، آنزیمی است که بیوسنتز کلروفیل a را کاتالیز و تکمیل می‌کند. کلروفیل b با آنزیم مشابهی از کلروفیلید b تولید می‌شود. در گیاهان آنژیوسپرم (گیاهان گلداری که در آن‌ها دانه در تخمدان قرار دارد)، مراحل انتهایی مسیر بیوسنتز کلروفیل، وابسته به نور است و اگر این گیاهان در تاریکی قرار بگیرند، بی رنگ خواهند شد.

گیاهان بدون آوند و جلبک‌های سبز دارای یک آنزیم اضافی مستقل از نور هستند و حتی در تاریکی نیز می‌توانند کلروفیل مورد نیاز خود را بسازند و سبز رنگ می‌شوند و کلروفیل، ببا اتصال به پروتئین‌ها انرژی جذب شده از نور خورشید را در جهت مورد نیاز انتقال می‌دهد. پروتوکلروفیلیلید، یکی از واسطه‌های بیوسنتز کلروفیل، بیشتر به شکل آزاد وجود دارد و در صورت وجود نور به عنوان یک فتوسنتز کننده عمل کرده و رادیکال‌های آزاد بسیار سمی ایجاد می‌کند.

از این رو، گیاهان به مکانیزمی کارآمد برای تنظیم میزان تبدیل این پیش ماده به کلروفیل نیاز دارند. در آنژیوسپرم‌ها، این مکانیزم با اسید آمینولولولینیک (ALA)، یکی از ترکیبات واسطه در مسیر بیوسنتز است. در گیاهانی که از طریق ALA تغذیه می‌شوند، سطح بالا و سمی پروتوکلروفیلید تجمع می‌یابد. ترکیبات جهش‌یافته یا سیستم تنظیمی آسیب‌دیده نیز همین اثر را دارند.

سنتز کلروفیل
ساختمان شیمیایی کلروفیل

پیری و چرخه کلروفیل

فرآیند پیری گیاه شامل تخریب کلروفیل است. به عنوان مثال آنزیم کلروفیلاز، هیدرولیز زنجیره جانبی فیتیل را برای معکوس کردن واکنشی که طی آن کلروفیل‌ها از کلروفیلید a یا b تولید می‌شوند، انجام می‌دهد. از آنجا که کلروفیلید a می‌تواند به کلروفیلید b تبدیل شود و بر عکس، این فرایندها یک چرخه بین کلروفیلِ a و b ایجاد می‌کنند.

علاوه بر این، کلروفیلِ b می‌تواند از طریق 71-هیدروکسی کلروفیلِ a، کاهش پیدا کند، دوباره به کلروفیلِ a تبدیل و چرخه تکمیل شود. در مراحل بعدی پیری، کلروفیلیدها به گروهی از تتراپیرول‌های بی‌رنگ به نام کاتابولیت‌های کلروفیلِ غیر فلورسنت (NCC) تبدیل می‌شوند. این ترکیبات در میوه‌های رسیده نیز وجود دارند و مشخصه گیاهان برگ‌ریز در فصل پاییز هستند.

چرخه کلروفیل
در فصول مختلف بر اساس نرخ تجزیه و تخریب کلروفیل و سایر رنگدانه‌ها، گیاهان به رنگ متفاوتی دیده می‌شوند.

کلروز چیست؟

کلروز شرایطی است که در آن گیاه قادر به تولید کلروفیلِ کافی نیست و به همین دلیل برگ گیاه زرد یا بی رنگ می‌شود. عدم وجود کلروفیل، مانع از تولید کربوهیدرات لازم برای رشد گیاه است و به جز گونه‌های اندکی، با کربوهیدرات خارجی هم نمی‌توان گیاه را نجات داد. کلروز می‌تواند به دلیل کمبود عناصر غذایی حاوی آهن یا کمبود عناصر دیگری مانند منیزیم، کلسیم و نیتروژن اتفاق افتاده باشد. PH خاک نیز در کلروز ناشی از کمبود مواد مغذی نقش دارد.

بسیاری از گیاهان برای رشد در خاک‌هایی با pH خاص سازگارند و توانایی جذب مواد مغذی از خاک، به اسیدیته آن بستگی دارد. بنابراین حتی اگر مواد مغذی یا کود دهی کافی به گیاه وجود داشته باشد اما اسیدیته خاک مناسب نباشد، جذب ماده مغذی دچار اختلال خواهد شد. کلروز همچنین می‌تواند توسط عوامل بیماری‌زا مانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و عفونت‌های قارچی یا حشرات مکنده شیره گیاه ایجاد شود.

کلروز

فتوسنتز چیست؟

مسلماً فتوسنتز مهمترین فرآیند گیاه و اساس حیات است. در طول فتوسنتز، انرژی حاصل از خورشید برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به مولکول‌های آلی استفاده می‌شود که نه تنها به گیاهان امکان ادامه رشد و تولید مثل را می‌دهد، بلکه به عنوان منابع غذایی حیوانات مختلف و انسان نیز عمل می‌کند. به طور کلی، فتوسنتز را می‌توان به دو مرحله اصلی تقسیم کرد:

  • به دام انداختن نور
  • مرحله احیای کربن (چرخه کالوین)

عملکرد کلروفیل در فتوسنتز چیست؟

پس از جذب نور، الکترون‌های برانگیخته شده کلروفیل، در زنجیره انتقال الکترون بین اجزای مختلف جابجا می‌شوند و به تولید انرژی می‌انجامند. بنابراین در این زنجیره، دهنده الکترون، کلروفیل است. در یک فتوسیستم، انرژی بین رنگدانه‌ها از طریق فرایندی به نام رزونانس انتقال انرژی (نوعی از واکنش‌های الکترومگنتیک) انجام می‌شود.

به دنبال تحریک ناشی از جذب نور، یک الکترون در فتوسیستم II، قبل از رسیدن به گیرنده نهایی الکترون، از زنجیره انتقال الکترون عبور می‌کند. در اینجا الکترون به ترتیب به یک مولکول آلی به نام پلاستوکینون، یک مجموعه سیتوکروم و در نهایت پروتئینی معروف به پلاستوسیانین (حاوی مس) منتقل می‌شود.

انتقال الکترون از طریق این زنجیره با تغییر مقداری از این انرژی برای پمپاژ پروتون از استروما، باعث تغییر از سطح انرژی بالاتر به پایین‌تر می‌شود. در فتوسیستم I، الکترون به کلروفیلِ a می‌پیوندد و در آنجا دوباره انرژی می‌گیرد (چون پیش از این، انرژی خود را در زنجیره انتقال الکترون از دست داده بود).

هنگامی که الکترون دوباره انرژی گرفت و برانگیخته شد، قبل از رسیدن به آنزیم NADPردوکتاز، به پایین زنجیره انتقال الکترون دیگری (کوتاه‌تر از زنجیره موجود در فتوسیستم II) منتقل می‌شود. این آنزیم، الکترون را به NADP منتقل کرده و NADPH تولید می‌کند که وارد چرخه کالوین خواهد شد.

چرخه کالوین شامل واکنش‌های مستقل از نور است، فازی که در آن از الکترون‌های تولید شده توسط NADPH، برای تشکیل قند با استفاده از دی‌اکسیدکربن استفاده می‌شود. چرخه کالوین سه مرحله اصلی دارد:

  • تثبیت: در این مرحله آنزیمی به نام «روبیسکو» «RuBisCO» (کربوکسیلاز ریبولوز بیس فسفات) واکنش بین دی‌اکسیدکربن و سه مولکول RuBP (بی‌فسفات ریبولوز) را کاتالیز و در نهایت ۲ مولکول اسید 3 – فسفوگلیسریک تولید می‌کند.
  • احیا: در این مرحله، محصولات واکنش وابسته به نور (ATP و NADPH)، الکترون‌های لازم برای تبدیل مولکول‌های 3 – PGA به 3 – فسفات گلیسرآلدهید را تولید می‌کنند. در اینجا از ۶ مولکول ATP و NADPH، شش مولکول ۳ کربنی (گلیسرآلدهید 3 – فسفات) تولید می‌شوند.
  • تولید: آخرین مرحله از چرخه کالوین که طی آن یک مولکول 3 – فسفات گلیسرآلدهید به سیتوپلاسم منتقل می‌شود تا اجزای مختلف مورد نیاز سلول و در نتیجه گیاه را تولید کند. از مولکول‌های باقی‌مانده برای بازسازی RuBP جهت چرخه‌های بعدی استفاده می‌شود.

کلروفیل چگونه نور را به دام می اندازد؟

برخی از امواج نور بر حسب نوع جسمی که به آن برخورد می‌کنند، جذب و بخشی از امواج با طول موج خاص نیز منعکس می‌شوند که منجر به دیده شدن اجسام خواهد شد. در بیشتر موارد، جذب انرژی خورشید باعث گرم شدن جسم می‌شود اما در مورد کلروفیل‌ها اینگونه نیست. در عین حال که کلروفیل‌ها رنگ سبز را منعکس می‌کنند، با جذب طیف آبی و قرمز تعدادی الکترون در ساختار آن‌ها، برانگیخته می‌شوند.

ورود این الکترون‌ها به چرخه الکترون و پس از آن چرخه کالوین، به تولید ماده و انرژی می‌انجامد. به این ترتیب انرژی خورشیدی، به اشکال ذخیره کننده انرژی که برای انجام فرایندهای سلولی مهم هستند مانند ATP و قند تبدیل شده است.

کلروپلاست
بخش‌های مختلف کلروپلاست

عملکرد فتوسیستم ها در فتوسنتز چیست؟

کلروفیل برای فتوسنتز حیاتی است و به گیاهان اجازه می‌دهد انرژی را از نور جذب کنند. مولکول‌های کلروفیل در داخل و اطراف سیستم‌های نوری قرار گرفته‌اند که در غشای تیلاکوئید کلروپلاست‌ها جاسازی شده‌اند. در این مجتمع‌ها، کلروفیل سه عملکرد جذب نور، به دام انداختن انرژی و انتقال الکترون را بر عهده دارد.

سپس مراکز جذب نور عملکرد خود را اجرا می‌کنند: انتقال انرژی نور به یک جفت کلروفیل در مراکز واکنش. دو فتوسیستم یا واحد جذب نور در کلروپلاست وجود دارند. فتوسیستم I و فوتوسیستم II، مراکز واکنشی هستند که به ترتیب طول‌موج‌های 680 و 700 نانومتر را به دام می‌اندازند.

این مراکز با توجه به طول موج حداکثر جذب به نام‌های P680 و P700 نامگذاری شده‌اند. هویت، عملکرد و خصوصیات طیفی انواع کلروفیل در هر سیستم فتوسنتز و ساختار پروتئین‌های اطراف آن‌ها تعیین می‌شوند. عملکرد مرکز واکنش کلروفیل، جذب انرژی نور و انتقال آن به سایر قسمت‌های سیستم فتوشیمیایی است. انرژی جذب شده فوتون در فرآیندی به نام جداسازی بار به الکترون منتقل می‌شود. حذف الکترون از کلروفیل یک واکنش اکسیداسیون است.

کلروفیل الکترون پرانرژی را به مجموعه‌ای از واسطه‌های مولکولی که زنجیره انتقال الکترون نامیده می‌شوند، اهدا می‌کند. سپس مرکز واکنش باردار کلروفیل (P680 +) با پذیرش یک الکترون از آب، دوباره به حالت پایه خود کاهش می‌یابد. الکترونی که P680 + را کاهش می‌دهد در نهایت از طریق اکسیداسیون آب به مولکول اکسیژن و یون هیدروژن، از طریق چندین واسطه حاصل می‌شود.

این واکنش چگونگی تولید گازهای اکسیژن از موجودات فتوسنتزی مانند گیاهان است و تقریباً منبع اصلی تمام اکسیژن موجود در جو زمین است. فتوسیستم I معمولاً به صورت سری با فتوسیستم II کار می‌کند. بنابراین P700 فتوسیستم I معمولاً با پذیرش الکترون، از طریق بسیاری از واسطه‌ها در غشا تیلاکوئیدها، توسط الکترون‌هایی که در نهایت از فتوسیستم II می‌آیند، کاهش می‌یابد.

واکنش‌های انتقال الکترون در غشای تیلاکوئید پیچیده هستند و منبع الکترون‌های مورد استفاده برای احیای P700 می‌تواند متفاوت باشد. جریان الکترون تولید شده توسط رنگدانه‌های کلروفیل مرکز واکنش برای پمپاژ یون‌های هیدروژن از طریق غشای تیلاکوئید استفاده می‌شود، ایجاد یک پتانسیل شیمیوسموتیک که عمدتا در تولید ATP (انرژی شیمیایی ذخیره شده) یا کاهش NADP به NADPH استفاده می‌شود.

توضیح: طبق فرضیه شیمیوسموتیک، انرژی حاصل از انتقال الکترون به صورت یک شیب پروتونی در فضای بین غشایی ذخیره شده و از تمایل پروتون‌ها برای برگشت به ماتریکس میتوکندری، جهت سنتز ATP استفاده می‌شود.

NADPH یک عامل برای احیای کربن دی اکسید به قندها است و در سایر واکنش‌های بیوسنتزی استفاده می‌شود. مجتمع‌های کلروفیل – پروتئین در مراکز واکنش، بدون کمک سایر رنگدانه‌های کلروفیل هم قادر به جذب مستقیم نور و جداسازی الکترون هستند اما احتمال انجام آن تحت شدت نورهای خاصی، کم است. بنابراین، کلروفیل‌های دیگر موجود در فتوسیستم و آنتن‌ها، همگی انرژی نور را به طور مشترک جذب و به مرکز واکنش هدایت می‌کنند.

علاوه بر کلروفیل a، رنگدانه‌های دیگری نیز وجود دارند که رنگدانه‌های جانبی نامیده می‌شوند و در این مجتمع‌های آنتن پروتئین رنگدانه وجود دارد.

فتوسیستم
اجزای فتوسیستم

مصارف کلروفیل چیست؟

کلروفیلِ مصنوعی به عنوان رنگ‌دهنده افزودنی مجاز برای انواع شیرینی‌ها، غذاها و نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود. کلروفیل، در آب محلول نیست و باید ابتدا با مقدار کمی روغن نباتی مخلوط شود تا محلول مورد نظر به دست بیاید.

خوردن کلروفیل

فواید کلروفیل چیست؟

کلروفیل، به عنوان دارو یا مکمل دارویی مصارف فراوانی دارد که به دلیل خواص زیر است:

  • افزایش سطح انرژی
  • تحریک خون‌سازی
  • آنتی‌اکسیدان فوق العاده قوی
  • بهبود سم‌زدایی کبد
  • تقویت سیستم ایمنی بدن
  • ضد التهاب
  • مبارزه با استرس اکسیداتیو
  • کمک به افزایش متابولیسم و کاهش وزن
  • ترمیم کنندگی
  • مقابله با عوامل سرطان‌زا
  • از بین برنده بوی نامطبوع به طور مثال بوی ناشی از عفونت زخم یا بوی بد دهان

از مکمل‌های غذایی حاوی کلروفیل، برای افزایش سلامت پوست، مو و کمک به برخی مشکلات باروری در مردان استفاده می‌شود. این مکمل‌ها معمولا از جلبک‌های همچون اسپیرولینا یا کلرلا گرفته می‌شوند و علاوه بر کلروفیل حاوی مقادیر بالایی از ویتامین‌ها، اسیدهای آمینه و مواد معدنی هستند.

فواید کلروفیل چیست
فواید مصرف کلروفیل در این تصویر خلاصه شده‌اند.

کلروفیلین چیست؟

مکمل‌های کلروفیل در واقع حاوی کلروفیلین هستند که به جای منیزیم، مس دارد. با مصرف کلروفیلین، می‌توان عنصر مس را در پلاسما تشخیص داد که به معنای جذب آن است. مکمل‌های غذایی حاوی کلروفیل، به صورت قطره، پودر، قرص، کپسول یا مایع تولید می‌شوند و قابل استفاده هستند.

کلروفیلین یکی از انواع نمک‌های محلول در آب است که نیمه سنتتیک هستند و از کلروفیل تولید می‌شوند. کاتیون و آنیون‌های موجود در این مولکول‌ها با کلروفیل، تفاوت دارند. رایج‌ترین شکل کلروفیلین مشتقات سدیم/مس هستند که به عنوان افزودنی غذایی و در پزشکیِ جایگزین، کاربرد دارند. دیگر کاربردهای کلروفیلین عبارتند از:

  • ترکیب کلروفیلین – مس که به عنوان یک افزودنی رنگی خوراکی در تولید مواد غذایی استفاده می‌شود.
  • در داروهای کاهش‌دهنده بوی نامطبوع به دلیل بی‌اختیاری، کلستومی و به طور کلی بوی بدن
  • در داروهای موضعی برای درمان و کنترل بوی زخم، آسیب، سوختگی و سایر بیماری‌های پوستی
  • در داروهای جایگزین برای کاهش بوی ادرار یا مدفوع

قرص کلروفیلین

معرفی فیلم آموزش زیست شناسی سلولی (Cell Biology)

آموزش زیست سلولی

زیست‌شناسی سلولی و مباحث مرتبط با آن، یکی از پایه‌ای‌ترین دروس مشترک بین تمام گرایش‌های زیست‌شناسی و جزو دروس عمومی رشته‌های پزشکی هستند. بنابراین برای درک هرچه بیشتر مکانیسم‌های فیزیولوژیک در گیاهان و آنچه که در این مقاله توضیح داده شد، استفاده از دوره آموزش زیست‌شناسی سلولی را توصیه می‌کنیم. مدت زمان این آموزش ۴ ساعت و ۵۱ دقیقه است که تمامی مباحث مرتبط با سلول به استثنای همانندسازی و رونویسی را پوشش می‌دهد و در قالب ۸ درس زیر ارائه شده است:

  • درس یکم: روش‌های مطالعه سلول
  • درس دوم: سلول‌ها و ساختار بیوشیمیایی
  • درس سوم: غشای سلولی
  • درس چهارم: نقل و انتقالات غشایی
  • درس پنجم: هسته سلول
  • درس ششم: ریبوزوم‌ها
  • درس هفتم: شبکه آندوپلاسمی
  • درس هشتم: دستگاه گلژی

مدرس این دوره آموزشی فرادرس، زهرا خوشکام دانشجوی دکتری تخصصی زیست‌شناسی سلولی و مولکولی در دانشگاه تهران است.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

مریم بصیری (+)

«مریم بصیری»، فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته سلولی و مولکولی، گرایش بیوشیمی و علاقه‌مند به مباحث روانشناسی و علوم اعصاب است. او در حال حاضر مطالب زیست شناسی، سلامت، پزشکی و روانشناسی مجله فرادرس را می‎نویسد.

بر اساس رای 17 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *