CLOROFILLA: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, UBICAZIONE, TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

La clorofilla è un pigmento biologico, indicando che è una molecola in grado di assorbire la luce. Questa molecola assorbe la lunghezza d'onda corrispondente al colore viola, blu e rosso e riflette la luce del colore verde. Pertanto, la presenza di clorofilla è responsabile del colore verde delle piante.

La sua struttura è costituita da un anello di porfirina con un centro in magnesio e una coda idrofobica, chiamata fitolo. È necessario evidenziare la somiglianza strutturale della clorofilla con la molecola di emoglobina.

La molecola della clorofilla è responsabile del colore verde nelle piante. Fonte: pixabay.com

La clorofilla si trova nei tilacoidi, strutture membranose che si trovano all'interno dei cloroplasti. I cloroplasti sono abbondanti nelle foglie e in altre strutture delle piante.

La funzione principale della clorofilla è catturare la luce che verrà utilizzata per guidare le reazioni fotosintetiche. Esistono diversi tipi di clorofilla - la più comune delle quali è a - che differiscono leggermente per struttura e picco di assorbimento, in modo da aumentare la quantità di luce solare assorbita.

Prospettiva storica

Lo studio della molecola della clorofilla risale al 1818 quando fu descritta per la prima volta dai ricercatori Pelletier e Caventou, che coniarono il nome “clorofilla”. Successivamente, nel 1838, iniziarono gli studi chimici della molecola.

Nel 1851 Verdeil propose le somiglianze strutturali tra clorofilla ed emoglobina. A quel tempo, questa somiglianza era esagerata e si presumeva che anche un atomo di ferro fosse situato al centro della molecola di clorofilla. Successivamente la presenza del magnesio è stata confermata come atomo centrale.

I vari tipi di clorofilla furono scoperti nel 1882 da Borodin utilizzando le prove fornite dal microscopio.

pigmenti

Clorofilla osservata al microscopio. Kristian Peters - Fabelfroh

Cos'è la luce

Un punto chiave affinché gli organismi viventi fotosintetici abbiano la capacità di utilizzare l'energia luminosa è l'assorbimento di essa. Le molecole che svolgono questa funzione sono chiamate pigmenti e sono presenti nelle piante e nelle alghe.

Per comprendere meglio queste reazioni è necessario conoscere alcuni aspetti legati alla natura della luce.

La luce è definita come un tipo di radiazione elettromagnetica, una forma di energia. Questa radiazione è intesa come un'onda e come una particella. Una delle caratteristiche della radiazione elettromagnetica è la lunghezza d'onda, espressa come distanza tra due creste successive.

L'occhio umano può percepire la lunghezza d'onda compresa tra 400 e 710 nanometri (nm = 10 ^-9 m). Le lunghezze d'onda corte sono associate a maggiori quantità di energia. La luce solare include la luce bianca, che consiste di tutte le lunghezze d'onda nella parte visibile.

Per quanto riguarda la natura della particella, i fisici descrivono i fotoni come pacchetti discreti di energia. Ciascuna di queste particelle ha una lunghezza d'onda e un livello di energia caratteristici.

Quando un fotone colpisce un oggetto possono accadere tre cose: essere assorbito, trasmesso o riflesso.

Perché la clorofilla è verde?

Le piante sono percepite come verdi perché la clorofilla assorbe principalmente le lunghezze d'onda blu e rosse e riflette il verde. Nefronus

Non tutti i pigmenti si comportano allo stesso modo. L'assorbimento della luce è un fenomeno che può verificarsi a diverse lunghezze d'onda e ogni pigmento ha un particolare spettro di assorbimento.

La lunghezza d'onda assorbita determinerà il colore al quale visualizzeremo il pigmento. Ad esempio, se assorbe la luce a tutte le sue lunghezze, vedremo il pigmento completamente nero. Quelli che non assorbono tutte le lunghezze, riflettono il resto.

Nel caso della clorofilla, assorbe le lunghezze d'onda corrispondenti ai colori viola, blu e rosso e riflette la luce verde. Questo è il pigmento che conferisce alle piante il loro caratteristico colore verde.

La clorofilla non è l'unico pigmento in natura

Sebbene la clorofilla sia uno dei pigmenti più conosciuti, esistono altri gruppi di pigmenti biologici come i carotenoidi, che hanno toni rossastri o arancioni. Pertanto, assorbono la luce a una lunghezza d'onda diversa dalla clorofilla, fungendo da schermo per il trasferimento di energia alla clorofilla.

Inoltre, alcuni carotenoidi hanno funzioni fotoprotettive: assorbono e dissipano l'energia luminosa che potrebbe danneggiare la clorofilla; oppure reagire con l'ossigeno e formare molecole ossidative che potrebbero danneggiare le strutture cellulari.

Caratteristiche e struttura

Le clorofille sono pigmenti biologici percepiti come verdi dall'occhio umano e che partecipano alla fotosintesi. Li troviamo nelle piante e in altri organismi con la capacità di trasformare l'energia luminosa in energia chimica.

Chimicamente le clorofille sono magnesio-porfirine. Questi sono abbastanza simili alla molecola di emoglobina, responsabile del trasporto di ossigeno nel nostro sangue. Entrambe le molecole differiscono solo per i tipi e la posizione dei gruppi sostituenti sull'anello tetrapirrolico.

Il metallo dell'anello porfirinico nell'emoglobina è il ferro, mentre nella clorofilla è il magnesio.

La catena laterale della clorofilla è naturalmente idrofobica o apolare ed è composta da quattro unità isoprenoidi, chiamate fitolo. Questo è esterificato nel gruppo dell'acido propioico nell'anello numero quattro.

Se la clorofilla viene sottoposta ad un trattamento termico la soluzione assume un pH acido, portando all'eliminazione dell'atomo di magnesio dal centro dell'anello. Se il riscaldamento persiste o la soluzione diminuisce ulteriormente il suo pH, il fitolo finirà per idrolizzarsi.

Posizione

La clorofilla è uno dei pigmenti naturali più diffusi e si trova in diversi lignaggi della vita fotosintetica. Nella struttura delle piante lo troviamo principalmente nelle foglie e in altre strutture verdi.

Se andiamo a una visione microscopica, la clorofilla si trova all'interno delle cellule, in particolare nei cloroplasti. A loro volta, all'interno dei cloroplasti ci sono strutture costituite da doppie membrane chiamate tilacoidi, che contengono clorofilla all'interno, insieme ad altre quantità di lipidi e proteine.

I tilacoidi sono strutture che assomigliano a diversi dischi o monete impilati e questa disposizione molto compatta è assolutamente necessaria per la funzione fotosintetica delle molecole di clorofilla.

Negli organismi procarioti che svolgono la fotosintesi, non ci sono cloroplasti. Per questo motivo, i tilacoidi contenenti pigmenti fotosintetici vengono osservati come parte della membrana cellulare, isolati all'interno del citoplasma cellulare, oppure costruiscono una struttura nella membrana interna, un modello osservato nei cianobatteri.

tipi

Clorofilla a

Clorofilla a

Esistono diversi tipi di clorofille, che differiscono leggermente nella struttura molecolare e nella loro distribuzione nei lignaggi fotosintetici. Cioè, alcuni organismi contengono determinati tipi di clorofilla e altri no.

Il tipo principale di clorofilla è chiamato clorofilla a, e nel lignaggio delle piante il pigmento si carica direttamente nel processo fotosintetico e trasforma l'energia luminosa in chimica.

Clorofilla b

Clorofilla b

Un secondo tipo di clorofilla è b ed è presente anche nelle piante. Strutturalmente differisce dalla clorofilla a perché quest'ultima ha un gruppo metile al carbonio 3 dell'anello numero II e il tipo b contiene un gruppo formile in quella posizione.

È considerato un pigmento accessorio e grazie alle differenze strutturali hanno uno spettro di assorbimento leggermente diverso rispetto alla variante a. Per questa loro caratteristica differiscono nel colore: la clorofilla a è blu-verde eb è giallo-verde.

L'idea di questi spettri differenziali è che entrambe le molecole si completano a vicenda nell'assorbimento della luce e riescono ad aumentare la quantità di energia luminosa che entra nel sistema fotosintetico (in modo che lo spettro di assorbimento sia ampliato).

Clorofilla ce d

Clorofilla d

Esiste un terzo tipo di clorofilla, c, che troviamo nelle alghe brune, nelle diatomee e nei dinoflagellati. Nel caso delle alghe cianofite, mostrano solo il tipo a clorofilla. Infine, la clorofilla d si trova in alcuni organismi protisti e anche nei cianobatteri.

Clorofilla nei batteri

Esistono numerosi batteri con la capacità di fotosintetizzare. In questi organismi ci sono clorofille conosciute insieme come batterioclorofille e, come le clorofille degli eucarioti, sono classificate seguendo le lettere: a, b, c, d, e e g.

Storicamente, è stata utilizzata l'idea che la molecola di clorofilla sia apparsa per prima nel corso dell'evoluzione. Oggi, grazie all'analisi di sequenza, è stato proposto che probabilmente la molecola ancestrale della clorofilla fosse simile a una batterioclorofilla.

Caratteristiche

La molecola della clorofilla è un elemento cruciale negli organismi fotosintetici, poiché è responsabile dell'assorbimento della luce.

Nel macchinario necessario per effettuare la fotosintesi c'è un componente chiamato fotosistema. Ce ne sono due e ciascuna è composta da una "antenna" incaricata di raccogliere la luce e da un centro di reazione, dove troviamo il tipo a clorofilla.

I fotosistemi differiscono principalmente nel picco di assorbimento della molecola di clorofilla: il fotosistema I ha un picco a 700 nm e II a 680 nm.

In questo modo la clorofilla riesce a svolgere il suo ruolo di cattura della luce, che grazie ad una complessa batteria enzimatica verrà trasformata in energia chimica immagazzinata in molecole come i carboidrati.

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