سبزینه چیست؟ – کار و وظیفه به زبان ساده

سبزینه یا کلروفیل مولکول آلی بسیار بزرگی است که در به دام انداختن نورخورشید برای انجام واکنش های فتوسنتزی نقش است. این رنگیزه در گیاهان، جلبک‌ها و باکتری‌های فتوسنتزکننده به تثبیت کربن کمک می‌کند. در این مطلب می‌خوانیم سبزینه چیست و انواع آن در کدام جانداران به فتوسنتز کمک می‌کند.

سبزینه چیست ؟

سبزینه یا «کلروفیل» (Chlorophyll)، رنگیزه‌ای بسیار مهم برای ادامه حیات گیاهان فتوسنتزکننده است. این مولکول، با به دام انداختن انرژی خورشید و انتقال آن به ترکیبات دیگر در تبدیل دی‌اکسید کربن به مواد آلی شرکت می‌کند. سبزینه علاوه بر گیاهان در سایر موجودات فتوسنتزکننده ازجمله سیانوباکتری‌ها و جلبک‌ها، وجود دارد.

ساختار سبزینه چیست ؟

سبزینه یک درشت‌مولکول است که ساختار آن از حلقه مرکزی کلورین و منیزیم تشکیل شده است. فیتول زنجیره هیدروکربنی طویلی است که به این حلقه متصل می‌شود و این مولکول را به پروتئين‌های غشایی متصل می‌کند. تعداد کربن‌ها و گروه‌های عاملی متفاوت متصل به فیتول، چهار نوع سبزینه به وجود می‌آورد که در فتوسنتز موجودات مختلف شرکت می‌کنند.

• کلروفیل a: رنگیزه اصلی در گیاهان عالی و جلبک سبز است و ساختاری شبیه به هموگلوبین پستانداران دارد. این مولکول نور با طول موج ۴۰۰-۴۵۰ نانومتر و ۶۵۰ تا ۷۰۰ نانومتر را جذب می‌کند و در جلبک قرمز نیز وجود دارد. این رنگیزه نور سبز نشر می‌دهد. به همین دلیل گیاهان سبز دیده می‌شوند.
• کلروفیل b: رنگیزه موجود در گیاهان عالی و جلبک سبز است و نور با طول موج ۴۵۰-۵۰۰ نانومتر (آبی-سبز) و ۶۰۰-۶۵۰ نانومتر (زرد-قرمز) را جذب می‌کند. کلروفیل b، الکترون برانگیخته را به کلروفیل a منتقل می‌کند.
• کلروفیل c: سبزینه کمکی است و معمولا همراه کلروفیل a در جلبک‌های دریایی به فتوسنتز کمک می‌کند. کلروفیل c، نور با طول موج ۴۴۷-۴۵۲ نانومتر را جذب می‌کند. این کلروفیل در دیاتوم‌ها و جلبک قهوه‌ای وجود دارد.
• کلروفیل d: معمولا همراه کلروفیل a در جلبک‌های اعماق اقیانوس، به فتوسنتز کمک می‌کند. طول موج جذبی این سبزینه مادون قرمز است و در جلبک‌های قرمز و سیانوباکترها وجود دارد.
• کلروفیل e: کلروفیل e، سبزینه‌ای کمکی است و فراوانی آن در موجودات بسیار کم است. اطلاعات دقیقی از ساختار شیمیایی کلروفیل e در دسترس نیست، اما می‌دانیم معمولا در جلبک‌های طلایی وجود دارند.
• کلروفیل f یا باکتریوکلروفیل: سبزینه موجود در سیانوباکترهای آبزی است و طول موج محدوده مادون قرمز را جذب می‌کند. این سبزینه در تشکیل اکسیژن فرایند فتوسنتز نقشی ندارد.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

حلقه کلورین چیست ؟

کلورین حلقه هفده‌کربنه مشترک بین تمام سبزینه‌ها است که در مرکز آن منیزیم قرار دارد. این حلقه شبیه گروه هم در هموگلوبین جانوران است با این تفاوت که آهن مرکزی با منیزیم جایگزین می‌شود.

کروموفور سبزینه چیست ؟

حلقه کلوروفین به همراه زنجیره جانبی خاص آن در انواع سبزینه، کروموفور این مولکول است. کروموفور بخشی از مولکول است که با جذب طول موج مشخصی از نور، رنگ ایجاد می‌کند. نوع زنجیره جانبی (تعداد کربن‌ها، تعداد و نوع گروه‌های عاملی و تعداد پیوندهای دوگانه) در طول موج جذبی نقش دارد.

تفاوت کلروفیل ‌a و b در گیاهان چیست ؟

کلروفیل a و b، دو رنگیزه مهم در فتوسنتز هستند. کلروفیل b، رنگیزه جذب‌کننده فوتون نوری است و انرژی حاصل از الکترون برانگیخته را در مرکز واکنش به کلروفیل می‌رساند. ساختار این دو مولکول در یک گروه عاملی متصل (گروه عاملی متیل در کلروفیل a و آلدهید در کلروفیل b) به حلقه کلورین متفاوت است. به همین دلیل کلروفیل b در حلال‌های به شدت قطبی حل می‌شود. کلروفیل a سه‌چهارم کلروفیل‌های موجود در یک گیاه را به خود اختصاص می‌دهد.

سبزینه کجاست ؟

ازآنجا که ساختار سلول‌های پروکاریوت و یوکاریوت با هم متفاوت است، سبزینه آن‌ها در ساختارهای متفاوتی قرار دارد.

• یوکاریوت: یوکاریوت‌ها اندامک‌های مختلفی دارند که کلروپلاست گیاهان یکی از آن‌ها است. کلروپلاست سلول‌های مزوفیل برگ از ساختارهایی تشکیل شده است که که جایگاه سبزینه و انجام فتوسنتز هستند. در فضای داخلی این اندامک دو غشایی، کیسه‌های غشایی شبیه به سکه، به نام تیلاکوئید وجود دارد و سبزینه سلول‌های گیاهی را در خود جای می‌دهد. مجموعه چند تیلاکوئید با هم گرانوم را تشکیل می‌دهند.

  

• پروکاریوت: پروکاریوت‌ها سلول‌های ساده‌ای هستند که اندامک ندارند. تاخوردگی‌های غشای پلاسمایی در انواع فتوسنتزکننده این موجودات ازجمله سیانوباکتری‌ها، باکتری‌های بنفش و هلیکوباکتری‌ها، همتای غشای تیلاکوئیدی در گیاهان و محل قرارگیری سبزینه است.

سبزینه جلبک ها

کلروپلاست جلبک، محل قرارگیری سبزینه است. بیشتر جلبک‌ها موجودات اتوتروفی هستند که به کمک نورخورشید و با استفاده از سبزینه مواد غذایی لازم برای رشد خود و اکسیژن جو را تامین می‌کنند. اما انواع مصرف‌کننده (هتروتروف) نیز بین این گونه از موجودات وجود دارد. محل زندگی این موجودات آب اقیانوس‌ها و خشکی ها است و بعضی از آن، همزیست با قارچ‌ها هستند.

وظیفه سبزینه چیست ؟

سبزینه، رنگیزه فتوسنتزی و بخش اصلی زنجیره انتقال الکترون موجود در کلروپلاست است که فوتون‌های نوری را به دام می‌اندازد و با انتقال انرژی آن به مولکول‌های دیگر این زنجیره به تشکیل کربوهیدرات‌ها از دی‌اکسید کربن و تولید اکسیژن کمک می‌کند. فتوسیستم I و II، دو مجموعه پروتئین عرض غشایی در تیلاکوئید و جایگاه اصلی سبزینه در گیاهان هستند. تفاوت این دو مجموعه پروتئینی در مرکز واکنش آن‌ها و پروتئين همراه سبزینه است.

• فتوسیستم I: پروتئين همراه کلروفیل P700 است. این پروتئین نور مادون قرمز را جذب می‌کند.
• فتوسیستم II: پروتئين همراه کلروفیل P680 است. این پروتئين نور قرمز در ناحیه مرئي را جذب می‌کند. تجزیه نوری آب به کمک این فتوسیستم انجام می‌شود.

کار سبزینه در فتوسنتز چیست ؟

انرژی نور خورشید به‌وسیله الکترون‌های موجود در ساختار سبزینه فتوسیستم II انجام می‌شود. این الکترون‌ها با دریافت انرژی بیشتر برانگیخته می‌شوند و برای بازگشت به حالت پایدار باید انرژی اضافه را از دست بدهند. این انرژی اضافه به الکترون‌های رنگیزه کناری منتقل می‌شود و الکترون رنگیزه قبلی به حالت پایدار برمی‌گردد. انتقال انرژی تا رسیدن به مرکز واکنش P680 ادامه می‌یابد. الکترون برانگیخته در این مرکز از فتوسیستم II خارج و وارد زنجیره انتقال الکترون می‌شود و فتوسیستم II برای جبران الکترون خود، مولکول آب را تجزیه می‌کند. برای تشکیل هر مولکول اکسیژن، لازم است دو مولکول آب تجزیه شود.

$$2H_2Orightarrow4e^-+4H^++O_2$$

الکترون خارج شده از فتوسیستم II، پس از عبور از پلاستوکوئینون و سیتوکروم به فتوسیستم I و پس از آن به آنزیم $$NADP^+$$ردوکتاز منتقل می‌شود. این آنزیم با استفاده از پروتون‌های استروماتا و الکترون برانگیخته در یک واکنش اکسایش کاهش، NADPH تولید می‌کند. NADPH مولکول تامین‌کننده انرژی در مراحل بعدی فتوسنتز و تثبیت دی‌اکسید کربن است.

نقش سبزینه در تشکیل ATP

بخش زیادی از انرژی الکترون برانگیخته قبل از رسیدن به فتوسیستم I به اجزای دیگر زنجیره انتقال الکترون انتقال پیدا می‌کند. با جذب فوتون نوری جدید در «فتوسیستم I» الکترون دوباره برانگیخته می‌شود. این الکترون ممکن است به جای این‌که وارد زنجیره انتقال الکترون شود، به سیتوکروم b6 انتقال یابد. سیتوکروم b6، پمپ پروتونی است که از انرژی الکترون برای انتقال یون هیدروژن از استروماتای کلروپلاست به لومن تیلاکوئید استفاده می‌کند. آنزیم ATP ساز برای برقراری تعادل پروتون دو سمت غشای با خارج کردن این یون، ATP تولید می‌کند.

تولید سبزینه در کلروپلاست

سبزینه گیاهان در کلروپلاست و از آمینواسید گلوتامات ساخته می‌شود. مراحل اولیه سنتز این مولکول به‌وسیله آنزیم‌های محلول در استروماتا و مرحله پایانی آن (اضافه شدن اتم منیزیم) به‌وسیله آنزیم‌های غشایی پیش می‌رود.

• واکنش‌های تبدیل گلوتامات به تتراپیرول پروتوفیرین IX به‌وسیله آنزیم‌های محلول در استروماتای کلروپلاست انجام می‌شود.
• «منیزیم کیلاتاز» (Magnesium Chelatase) آنزیم محدودکننده سنتز کلروفیل است. این مجموعه پروتئينی از زیرواحدهای محلول و بخش‌های متصل به غشا تشکیل می‌شود. پرتوکلروفیلید، ترکیب حاصل از این واکنش‌ها است.
• پرتوکلروفیلید در یک واکنش اکسایش‌کاهش وابسته به نور و به‌وسیله NADPH به کلروفیلید تبدیل می‌شود.
• کلروفیل تولید شده با پروتئين برهم‌کنش می‌کند و در ساختار فتوسیستم‌ها قرار می‌گیرد.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه ششم (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

تجزیه سبزینه

تجزیه سبزینه یکی ازفرایندهای دخیل در ریزش برگ گیاهان است. واکنش‌های تجزیه کلروفیل مانند واکنش‌های سنتز آن در کلروپلاست شروع می‌شود. در این واکنش‌ها حلقه کلورین باز و کلروفیل به مشتقاتی تبدیل می‌شود که نور سبز را نشر نمی‌دهند. در اولین مرحله از این واکنش‌ها، اتم منیزیم از کلروفیل جدا و فیفوفیتین a تولید می‌شود. هورمون‌های گیاهی تجزیه کلروفیل و ریزش برگ را تنظیم می‌کنند.

مزایای مصرف سبزینه چیست؟

ساختار سبزینه، این مولکول محلول در چربی را به یک عامل آنتی‌اکسیدان و منبع منیزیم تبدیل می‌کند که از بدن در برابر رادیکال‌های آزاد محافظت می‌کند. برگ گیاهان سبز و سبزیجات منبعی غنی از کلروفیل است. محلول در چربی بودن این مولکول، امکان استفاده از آن در صنایع غذایی و دارویی را محدود می‌کند.

کلروفیلین چیست ؟

«کلروفیلین» (Chlorophyllin) ترکیبی نیمه‌صنعتی و محلول در آب است که برای اضافه کردن رنگ به محصولات غذایی و دارویی استفاده می‌شود. به دلیل اینکه منیزیم فلزی بسیار واکنش‌پذیر است، برای مصرف صنعتی با مس جایگزین می‌شود و کلروفیل در فرایند صابونی شدن به کلروفین تبدیل خواهد شد. در این فرایند بخش‌های محلول در چربی همراه با سبزینه ازجمله موم و رنگریزه‌های کاروتن جدا و کلروفین محلول در آب در انواع قرص، اسپری، مایع و پماد تولید می‌شود. لیست زیر، کاربردهای کلروفین است.

• ترمیم بافت: سبزینه سرعت ترمیم بافت را افزایش و التهاب را کاهش می‌دهد. همچنین رشد باکتری‌ها در بافت آسیب‌دیده را مهار می‌کند.
• ضدعرق طبیعی: این ماده بوی بد نفس، ادرار و مدفوع را خنثی می‌کند.
• سم‌زدایی: نتیجه بعضی تحقیقات نشان می‌دهد این آنتی‌اکسیدان در کاهش ابتلا به برخی سرطان‌ها مفید است.

اهمیت سبزینه در طبیعت چیست ؟

سبزینه یکی از حیاتی‌ترین رنگدانه‌های موجود در طبیعت است. بدون حضور این مولکول، موجودات تولیدکننده‌ای (اتوتروف) مثل گیاهان نمی‌توانند غذای لازم برای خود و موجودات مصرف‌کننده را تولید کنند و زنجیره غذایی در اکوسیستم مختل خواهد شد. گلوکز حاصل از فوتوسنتز یکی از منابع انرژی گیاه است و کربن آلی لازم برای دیگر ترکیبات را فراهم می‌کند.

جمع‌بندی

سبزینه یا کلروفیل رنگیزه اصلی در فرایند فتوسنتز و تولید مولکول‌های آلی از دی‌اکسید کربن در گیاهان است. حلقه اصلی این مولکول، فوتون‌های نوری را به دام می‌اندازد. سبزینه در غشای تیلاکوئیدهای موجود در کلروپلاست قرار دارد و بخش اصلی فتوسیستم‌های زنجیره انتقال الکترون است.