009 7

192 Rozdział 8

CHO

£

o

c

o

O)

o

ch₂ch₃

CH₂

CH

/ \

h₃c ch₃

Rycina 8-8. Budowa chlorofilu. Chlorofil składa się z pierścienia porfiry nowego i łańcucha fitolowego zwanego ogonem. Atom magnezu, zlokalizowany w środku układu porfiry nowego, stanowi tę część cząsteczki, która jest wzbudzana światłem. Hydrofobowy ogon fitolowy jest zanurzony w błonie tylakoidu. W górnej części rysunku, po prawej stronie wzoru strukturalnego, mieści się grupa metylowa (-CH₃) charakterystyczna dla chlorofilu a. Jeśli jej miejsce zajmie grupa aldehydowa (-CHO), to mamy do czynienia z chlorofilem b.

o

c

>N

i—

n

o

CL

‘C

O

o

'(/)

v_

©

Q_

względem swej budowy przypomina hem, będący częścią czerwonego barwnika hemoglobiny w krwinkach czerwonych, a także jest podobny do cytochromów występujących we wszystkich komórkach (ryc. 8-8). Jednakże w przeciwieństwie do nich chlorofil zawiera atom magnezu w centrum pierścienia, a nie atom żelaza. Cząsteczka chlorofilu ma długi hydrofobowy ogon, utrzymujący ją w obrębie błony tylakoidu. ✓

Ow ogon tworzy fitol, długołańcuchowy alkohol, zawierający 20 atomów węgla. Te właściwości strukturalne sprawiają, że wiele cząsteczek chlorofilu może się układać na kształt stos talerzy. Każda błona tylakoidu jest wypełniona cząsteczkam chlorofilu, dokładnie przylegającymi do siebie, co pozwala n wytwarzanie niezwykle słabych prądów elektrycznych zasila jących fotosyntezę.

Istnieje kilka rodzajów chlorofilu. Najważniejszym z nici jest chlorofil a, barwnik rozpoczynający reakcje zależne o< światła. Dodatkowym barwnikiem, który bierze udział w fo tosyntezie, jest chlorofil b. Różni się od chlorofilu a jedynii grupą funkcyjną pierścienia porfirynowego, mianowicie gru pa metylowa (-CH,) chlorofilu o jest zastąpiona w chlorofili b grupą aldehydową (-CHO). Ta różnica przesuwa długość fa li światła pochłanianego i odbijanego przez chlorofil b tak da lece, że chlorofil b ma barwę zielonożółtą, podczas gdy chlo rofil a jaskrawo zieloną.

Komórki roślinne zawierają też inne, dodatkowe barwnik fotosyntetyczne, takie jak żółte i pomarańczowe karotenoidy Pochłaniają one światło o innej długości fali niż chlorofil dzięki czemu powiększa się zakres widma światła, które do starcza energii do fotosyntezy. Chlorofil może być wzbudzo ny bądź światłem, bądź energią przekazaną z innych barwni ków, które zostały wzbudzone światłem. Jeśli zatem cząstecz ka karotenoidu zostanie wzbudzona, jej energia może byt przekazana chlorofilowi a.

Widma absorpcji i widma działania wskazują, że chlorofil jest głównym barwnikiem fotosyntezy gromadzącym światło

Do pomiaru względnej zdolności pochłaniania światła o różnych długościach fali przez różne barwniki służy aparat zwany spektrofotometrem. Widmo absorpcji jakiegoś barwnika jest wykresem pochłaniania przez niego światła o różnych długościach fali. Niemniej widma absorpcyjne barwników foto-syntetycznych nic nam nie mówią, jakie długości fali są najbardziej skuteczne.

Względna skuteczność światła o różnych długościach fali jest określana mianem widma działania (widma czynnościowego) fotosyntezy (ryc. 8-9); pojęcie to wywodzi się z opisu jednego z klasycznych doświadczeń biologii. W 1883 r. niemiecki biolog T. W. Engelmann wykorzystał w swych badaniach niezwykły kształt chloroplastu skrętnicy (Spirogyra), nitkowatej zielenicy żyjącej w słodkich wodach, zwłaszcza wolno płynących i stojących (ryc. 8— 1 Oz/). Komórki Spirogyra są wyjątkowo piękne, zawierają bowiem długi, kręty, szmaragdowy chloroplast zanurzony w cytoplazmie. Engelmann wystawił te komórki na działanie kolorowego widma światła przepuszczonego przez pryzmat. Zrobił założenie, że jeśli chlorofil rzeczywiście warunkuje fotosyntezę, to powinna ona przebiegać najszybciej w tych miejscach chloroplastu, gdzie padało światło o barwie najlepiej pochłanianej przez chlorofil.

Trudno sobie wyobrazić, w jaki sposób nauka radziła sobie z pomiarem natężenia fotosyntezy w owych czasach, gdy nie