Definition und Rolle von Chlorophyll in der Photosynthese

Chlorophyll ist die Bezeichnung für eine Gruppe grüner Pigmentmoleküle, die in Pflanzen, Algen und Cyanobakterien vorkommen. Die beiden häufigsten Arten von Chlorophyll sind Chlorophyll a, ein blauschwarzer Ester mit der chemischen Formel C₅₅H₇₂MgN₄Ö₅, und Chlorophyll b, das ein dunkelgrüner Ester mit der Formel C ist₅₅H₇₀MgN₄Ö₆. Andere Formen von Chlorophyll umfassen Chlorophyll c1, c2, d und f. Die Formen von Chlorophyll haben unterschiedliche Seitenketten und chemische Bindungen, sind jedoch alle durch einen Chlorpigmentring gekennzeichnet, der in seinem Zentrum ein Magnesiumion enthält.

Key Takeaways: Chlorophyll

• Chlorophyll ist ein grünes Pigmentmolekül, das Sonnenenergie für die Photosynthese sammelt. Es ist eigentlich eine Familie verwandter Moleküle, nicht nur eines.
• Chlorophyll kommt in Pflanzen, Algen, Cyanobakterien, Protisten und einigen Tieren vor.
• Obwohl Chlorophyll das häufigste photosynthetische Pigment ist, gibt es mehrere andere, einschließlich der Anthocyane.

Das Wort "Chlorophyll" stammt aus dem Griechischen Chloros, was bedeutet "grün", und Phyllon, was bedeutet "Blatt". Joseph Bienaimé Caventou und Pierre Joseph Pelletier isolierten das Molekül erstmals und nannten es 1817.

Chlorophyll ist ein essentielles Pigmentmolekül für die Photosynthese. Die chemischen Prozessanlagen absorbieren und nutzen Energie aus Licht. Es wird auch als Lebensmittelfarbe (E140) und als Desodorierungsmittel verwendet. Als Lebensmittelfarbe wird Chlorophyll verwendet, um Teigwaren, Spirituosenabsinth und anderen Lebensmitteln und Getränken eine grüne Farbe zu verleihen. Als wachsartige organische Verbindung ist Chlorophyll in Wasser nicht löslich. Es wird mit einer kleinen Menge Öl gemischt, wenn es in Lebensmitteln verwendet wird.

Auch bekannt als: Die alternative Schreibweise für Chlorophyll ist Chlorophyl.

Rolle von Chlorophyll in der Photosynthese

Die insgesamt ausgeglichene Gleichung für die Photosynthese lautet:

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂Ö₆ + 6 O₂

wo Kohlendioxid und Wasser reagieren, um Glukose und Sauerstoff zu erzeugen. Die Gesamtreaktion zeigt jedoch nicht die Komplexität der chemischen Reaktionen oder der beteiligten Moleküle an.

Pflanzen und andere photosynthetische Organismen verwenden Chlorophyll, um Licht (normalerweise Sonnenenergie) zu absorbieren und in chemische Energie umzuwandeln. Chlorophyll absorbiert stark blaues Licht und auch etwas rotes Licht. Es nimmt Grün schlecht auf (reflektiert es), weshalb chlorophyllreiche Blätter und Algen grün erscheinen.

In Pflanzen umgibt Chlorophyll Photosysteme in der Thylakoidmembran von Organellen, die als Chloroplasten bezeichnet werden und in den Blättern von Pflanzen konzentriert sind. Chlorophyll absorbiert Licht und nutzt den Resonanzenergietransfer, um die Reaktionszentren in Photosystem I und Photosystem II zu aktivieren. Dies geschieht, wenn Energie von einem Photon (Licht) ein Elektron aus Chlorophyll im Reaktionszentrum P680 des Photosystems II entfernt. Das energiereiche Elektron gelangt in eine Elektronentransportkette. P700 von Photosystem I funktioniert mit Photosystem II, obwohl die Elektronenquelle in diesem Chlorophyllmolekül variieren kann.

Elektronen, die in die Elektronentransportkette eintreten, werden zum Pumpen von Wasserstoffionen verwendet (H⁺) über die Thylakoidmembran des Chloroplasten. Das chemiosmotische Potenzial wird genutzt, um das Energiemolekül ATP zu produzieren und NADP zu reduzieren⁺ zu NADPH. NADPH wird wiederum zur Reduktion von Kohlendioxid (CO₂) in Zucker wie Glucose.

Andere Pigmente und Photosynthese

Chlorophyll ist das bekannteste Molekül, das zum Sammeln von Licht für die Photosynthese verwendet wird. Es ist jedoch nicht das einzige Pigment, das diese Funktion erfüllt. Chlorophyll gehört zu einer größeren Klasse von Molekülen, die als Anthocyane bezeichnet werden. Einige Anthocyane wirken in Verbindung mit Chlorophyll, andere absorbieren Licht unabhängig oder an einem anderen Punkt im Lebenszyklus eines Organismus. Diese Moleküle können Pflanzen schützen, indem sie ihre Farbe ändern, um sie als Lebensmittel weniger attraktiv und für Schädlinge weniger sichtbar zu machen. Andere Anthocyane absorbieren Licht im grünen Teil des Spektrums und erweitern so den Lichtbereich, den eine Pflanze nutzen kann.

Chlorophyll-Biosynthese

Pflanzen bilden Chlorophyll aus den Molekülen Glycin und Succinyl-CoA. Es gibt ein Zwischenmolekül namens Protochlorophyllid, das in Chlorophyll umgewandelt wird. Bei Angiospermen ist diese chemische Reaktion lichtabhängig. Diese Pflanzen sind blass, wenn sie in der Dunkelheit wachsen, weil sie die Reaktion zur Bildung von Chlorophyll nicht abschließen können. Algen und nicht vaskuläre Pflanzen benötigen kein Licht, um Chlorophyll zu synthetisieren.

Protochlorophyllid bildet in Pflanzen giftige freie Radikale, so dass die Chlorophyll-Biosynthese streng reguliert wird. Bei Eisen-, Magnesium- oder Eisenmangel können Pflanzen möglicherweise nicht genug Chlorophyll synthetisieren und wirken blass oder bleich chlorotisch. Chlorose kann auch durch einen falschen pH-Wert (Säuregehalt oder Alkalität) oder durch Krankheitserreger oder Insektenbefall verursacht werden.