1960年11月29日 叶绿素合成成功

2021-05-26 21:57 · rilila.com

在60年前的今天,1960年11月29日(农历1960年10月11日),叶绿素合成成功。

1960年11月29日,德国科学家马丁·斯特雷尔和美国科学家罗伯特·伯恩斯·伍德沃德成功合成叶绿素。叶绿素是能将光转化为能量的最有效物质之一。

一类与光合作用(photosynthesis)有关的最重要的色素。光合作用是通过合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程。叶绿素实际上见於所有能营光合作用的生物体,包括绿色植物、原核的蓝绿藻(蓝菌)和真核的藻类。叶绿素从光中吸收能量,然後能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。

叶绿素有几个不同的类型︰叶绿素a和b是主要的类型,见於高等植物及绿藻;叶绿素c和d见於各种藻类,常与叶绿素a并存;叶绿素e罕见,见於某些金藻;细菌叶绿素见於某些细菌。在绿色植物中,叶绿素见於称为叶绿体的细胞器内的膜状盘形单位(类囊体)。叶绿素分子包含一个中央镁原子,外围一个含氮结构,称为卟啉环;一个很长的碳-氢侧链(称为叶绿醇链)连接於卟啉环上。叶绿素种类的不同是某些侧基的微小变化造成。叶绿素在结构上与血红素极为相似,血红素是见於哺乳动物和其他脊椎动物红血球内的色素,用以携带氧气。

分子立体模型绿色植物是利用空气中的二氧化碳、阳光、泥土中的水份及矿物质来为自己制造食物,整个过程名为“光合作用”,而所需的阳光则被叶子内的绿色元素吸收,这一种绿色的有机化合物就是叶绿素。

叶绿素(chlorophyll):光合作用膜中的绿色色素,它是光合作用中捕获光的主要成分。

高等植物叶绿体中的叶绿素(chlorophyll ,chl)主要有叶绿素a 和叶绿素b 两种,分子式:C40H70O5N4Mg,属于合成天然低分子有机化合物。叶绿素不属于芳香族化合物。它们不溶于水,而溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。在颜色上,叶绿素a 呈蓝绿色,而叶绿素b 呈黄绿色。在右图所示的叶绿素的结构图中,可以看出,此分子含有3种类型的双键,即碳碳双键,碳氧双键和碳氮双键.按化学性质来说,叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶醇所酯化。

叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。镁原子居于卟啉环的中央,偏向于带正电荷,与其相联的氮原子则偏向于带负电荷,因而卟啉具有极性,是亲水的,可以与蛋白质结合。叶醇是由四个异戊二烯单位组成的双萜,是一个亲脂的脂肪链,它决定了叶绿素的脂溶性。叶绿素不参与氢的传递或氢的氧化还原,而仅以电子传递(即电子得失引起的氧化还原)及共轭传递(直接能量传递)的方式参与能量的传递。

卟啉环中的镁原子可被H+、Cu2+、Zn2+所置换。用酸处理叶片,H+易进入叶绿体,置换镁原子形成去镁叶绿素,使叶片呈褐色。去镁叶绿素易再与铜离子结合,形成铜代叶绿素,颜色比原来更稳定。人们常根据这一原理用醋酸铜处理来保存绿色植物标本。

共有a、b、c和d4种。凡进行光合作用时释放氧气的植物均含有叶绿素a;叶绿素b存在于高等植物、绿藻和眼虫藻中;叶绿素c存在于硅藻、鞭毛藻和褐藻中,叶绿素d存在于红藻。叶绿素a的分子结构由4个吡咯环通过4个甲烯基(=CH—)连接形成环状结构,称为卟啉(环上有侧链)。卟啉环中央结合着1个镁原子,并有一环戊酮(Ⅴ),在环Ⅳ上的丙酸被叶绿醇(C20H39OH)酯化、皂化后形成钾盐具水溶性。在酸性环境中,卟啉环中的镁可被H取代,称为去镁叶绿素,呈褐色,当用铜或锌取代H,其颜色又变为绿色,此种sè素稳定,在光下不退色,也不为酸所破坏,浸制植物标本的保存,就是利用此特性。在光合作用中,绝大部分叶绿素的作用是吸收及传递光能,仅极少数叶绿素a分子起转换光能的作用。它们在活体中大概都是与蛋白质结合在一起,存在于类囊体膜上。

叶绿醇是亲脂的脂肪族链,由于它的存在而决定了叶绿素分子的脂溶性,使之溶于丙酮、酒精、乙醚等有机溶剂中。主要吸收红光及蓝紫光(在640-660nm的红光部分和430-450nm的蓝紫光强的吸收峰),因为叶绿素基本上不吸收绿光使绿光透过而显绿色,由于在结构上的差别,叶绿素a呈蓝绿色,b呈黄绿色。在光下易被氧化而退色。叶绿素是双羧酸的酯,与碱发生皂化反应。

点评:光合作用中最重要的色素

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