Химический состав хлоропластов.

    Хлорофиллы (от греч. chloros - зеленый и phyllon -лист), природные макрогетероциклические пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза; относятся к металлопорфиринам.
    Зеленая окраска растений обусловлена присутствием хлорофиллов, локализованных во внутриклеточных органеллах (хлоропластах или хроматофорах) в виде пептидных комплексов.
    Формально хлорофиллы представляют собой производные порфина, молекулы которых содержат циклопентаноновое кольцо, конденсированное с порфириновым макроциклом, центральный атом Mg и различные заместители; одно или два пиррольных цикла в молекулах частично гидрированы. В пиррольном кольце молекул хлорофиллов к остатку пропионовой кислоты обычно присоединены остатки высокомолекулярных изопреноидных спиртов, которые придают хлорофиллам способность встраиваться в липидные слои мембран хлоропластов.

    Из высших растений, водорослей и фотосинтезирующих бактерий выделено и структурно охарактеризовано свыше 50 различных хлорофиллов. Основные пигменты высших растений и зеленых водорослей - хлорофиллы а и b. Основа этих хлорофиллов- дигидропорфириновый (хлориновый) цикл, содержащий в качестве эфирных групп остаток спирта фитола (СН3)2СН(СН2)3СН(СН3)(СН2)3СН(СНз)(СН2)3С(СНз) = = СНСН2ОН.
    При общем содержании хлорофиллов 0,7-1,1 г на 1 кг зеленой массы растений соотношение хлорофиллов а и b обычно составляет 3:1 (в зависимости от освещенности, наличия удобрения и других факторов может колебаться от 2:1 до 3,4:1, что используется для контроля за развитием растений). Хлорофиллы а и b выделяют главным образом из листьев крапивы и шпината (разделяют эти хлорофиллы хроматографически), хлорофилл а - также из синезеленых микроводорослей, не содержащих хлорофилла b.
    Из бурых и диатомовых водорослей выделены хлорофиллы а и с, из красных морских водорослей - хлорофиллы а и d.
    Хлорофиллы группы с (c1, с2 и c3) в отличие от других хлорофиллов содержат негидрированный порфириновый макроцикл и остаток неэтерифицированной акриловой кислоты. Находясь в морских водорослях в виде белковых комплексов, хлорофиллы этой группы выполняют в фотосинтезе роль светособирающих антенн.
    В большинстве фотосинтезирующих бактерий обнаружены бактериохлорофиллы, отличающиеся от хлорофилла а типом макроцикла и замещающими группами в цикле. Они имеют несколько модификаций: так, из пурпурных бактерий выделены бактериохлорофиллы а и b, из зеленых бактерий - бактериохлорофиллы а, с, d и е, из серных бактерий - бактериохлорофиллы с, d и е; обнаружены также фотосинтезирующие бактерии, содержащие бактериохлорофилл g.

    Под действием кислот и оснований хлорофиллы легко подвергаются структурным изменениям. Так, обработка слабыми растворами кислот приводит к удалению центрального иона Mg с образованием феофитинов. Концентрированная НСl наряду с Mg отщепляет фитол с образованием феофорбидов; раскрытие циклопентанонового кольца под действием концентрированной щелочи приводит к хлоринам. При обработке слабыми щелочами хлорофиллы постепенно теряют сложноэфирные группы, сохраняя центральный ион металла; при этом образуются хлорофиллиды и хлорофиллины.  Аналогичные превращения претерпевают также и бактериохлорофиллы.
    Основные пути биосинтеза хлорофиллов: конденсация двух молекул аминолевулиновой кислоты с образованием порфобилиногена , который в результате ряда ферментативных превращений дает протопорфирин. Из последнего образуется непосредственный предшественник хлорофилла- хлорофиллид, содержащий атом Mg. Путем последующих реакций восстановления и присоединения остатков спиртов из него образуется хлорофилл. Стадия восстановления хлорофиллида осуществляется у высших растений на свету, у низших - в темноте.

    Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — порфирина с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерефицированными). Так, хлорофилл a имеет карбоксиметильную группу при С10, фитоловый эфир пропионовой кислоты — при С7. Удаление магния, легко достигаемое мягкой кислотной обработкой, дает продукт, известный как феофитин. Гидролиз фитоловой эфирной связи хлорофилла приводит к образованию хлорофиллида (хлорофиллид, лишенный атома металла, известен как феофорбид).

    Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в HCl, в частности для определения наличия или отсутствия этерефицированных спиртов. Хлороводородное число определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объема эфирного раствора пигмента экстрагируется ²/3 общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объем 30%-ного раствора KOH в MeOH. В интерфазе должно образовываться окрашенное кольцо. С помощью тонкослойной хроматографии можно быстро определять хлорофиллы в сырых экстрактах.

    Хлорофиллы неустойчивы на свету; они могут окисляться до алломерных хлорофиллов на воздухе в метанольном или этанольном растворе.

    Хлорофиллы образуют комплексы с белками in vivo и могут быть выделены в таком виде. В составе комплексов их спектры поглощения значительно отличаются от спектров свободных хлорофиллов в органических растворителях.

    Хлорофиллы можно получить в виде кристаллов. Добавление H2O или Ca2+ к органическому растворителю способствует кристаллизации.

Формула хлорофилла а.