کلروفیل رنگدانه سبز موجود در سیانوباکترها و کلروپلاست جلبک‌ها و گیاهان است. این مولکول به گیاهان توانایی جذب انرژی از نور را می‌دهد. کلروفیل نور را در طول موج‌های آبی و قرمز به شدت جذب می‌کند و میزان جذبش در طول موج سبز و نزدیک به سبز بسیار پایین است و آن را منعکس می‌کند، به همین دلیل جانداران فتوسنتزکننده را به رنگ سبز می‌بینیم. در این مطلب از مجله فرادرس یاد می‌گیریم که کلروفیل چیست و با فعالیتش در فرآیند فتوسنتز آشنا می‌شویم. بیوسنتز و انواع کلروفیل را می‌شناسیم و با کلروفیل مایع نیز آشنا می‌شویم تا معایب و مزایای مصرف آن به صورت مکمل خوراکی را بشناسیم.

کلروفیل چیست؟

کلروفیل یک رنگدانه محلول در چربی است که به طور طبیعی در گیاهان، جلبک‌ها و انواعی از باکتری‌ها (سیانوباکتری‌ها) وجود دارد. این مولکول دلیل رنگ سبز گیاهان است و با جذب نور به آن‌ها برای فتوسنتز کمک می‌کند. کلروفیل مولکولی با ساختار حلقه مانند است که در مرکز این ساختار یک اتم منیزیم وجود دارد.

حداقل ۶ نوع متفاوت از کلروفیل وجود دارند که در حلقه‌های جانبی با یکدیگر متفاوت‌ هستند. در اکثر کلروفیل‌ها یکی از گروه‌ها، یک زنجیره بلند فیتیل استر است. یکی از این انواع کلروفیل، کلروفیل a است که در اکثر موجوات زنده فوتوسنترکننده وجود دارد. این نوع از کلروفیل از سال ۱۸۱۷ شناخته شده است اما محققان از سال ۱۹۰۶ می‌دانند که در ساختار آن منیزیم وجود دارد.

با اختلاف بسیار زیادی، مهم‌ترین کاربرد این مولکول در فتوسنتز است، اما به عنوان رنگ خوراکی در غذا و رنگدانه سبز در محصولات آرایشی، صابون‌ها و نوشیدنی‌های الکلی استفاده می‌شود. با جدا کردن زنجیره جانبی استری کلروفیل می‌توان به فیتول دست یافت که نوعی مولکول الکی کارآمد برای سنتز ویتامین‌های E و K1 است.

واژه کلروفیل از دو بخش «Chloros» به معنی سبز و ‌«Phyllon» به معنی برگ تشکیل شده است که واژگانی یونانی هستند.

کلروفیل کجاست؟

در ابتدای این مطلب از مجله فرادرس گفتیم که کلروفیل را در سیانوباکتریها، جلبک‌ها و گیاهان می‌بینیم. اما کلروفیل در ساختار سلولی کجا قرار دارد؟

کلروفیل در غشای تیلاکوئیدهای کلروپلاست قرار دارد. کلروپلاست اندامک‌های غشاداری هستند که درون سلول‌های گیاهی وجود دارند و محل وقوع فتوسنتز هستند. در مورد پروکاریوت‌ها که فاقد اندامک‌های سلولی غشادار هستند، کلروفیل را در چین‌خوردگی‌های غشای پلاسمایی می‌بینیم.

منابع غذایی شامل کلروفیل چیست؟

برای گنجاندن کلروفیل در رژیم غذایی باید به سبزیجات سبز توجه ویژه‌ای داشته باشیم. هرچه یک گیاه سبزتر باشد، میزان کلروفیل آن بیشتر است. در گیاهان دو نوع کلروفیل a و b را می‌بینیم که هر دو آن‌ها محلول در چربی هستند و خواص آنتی‌اکسیدانی دارند. اما اگر کلروفیل مولکولی محلول در آب نیست، در بدن ما روش انتقال کلروفیل چیست؟

زمانی که بدن کلروفیل را جذب می‌کند، این مولکول به شکل میسل که گروهی از مولکول‌های آب‌گریز هستند، در بدن جابه‌جا می‌شود.

در جدول زیر تعدادی از مواد غذایی که منبع مناسبی برای دریافت کلروفیل هستند را آورده‌ایم.

خواص کلروفیل چیست؟

در حال حاضر کلروفیل یکی از ضروری‌ترین رنگدانه‌های روی کره زمین است. بدون این رنگدانه زیستی، اتوتروف‌هایی مانند گیاهان، توانایی ساخت غذای مورد نیازشان را نخواهند داشت. گیاهان با وجود نقش تولیدکنندگی که دارند، نقشی حیاتی در اکوسیستم را ایفا می‌کنند. به خاطر همین نقش سازنده‌ای که گیاهان دارند، حیات آن‌ها برای ما که موجوداتی مصرف‌کننده هستیم، بسیار مهم است. زیرا ما برای تامین غذا و انرژی متکی به مصرف دیگر موجودات هستیم.

بجز تاثیر و اهمیت اکولوژیکی، کلروفیل برای سلامت و تندرستی انسان نیز سودمند است. شناخت دقیق تاثیرات کلروفیل بر سلامت انسان هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد، در ادامه مهم‌ترین اثرات مصرف کلروفیل را بررسی می‌کنیم.

• پیشگیری از ابتلا به سرطان: تحقیقات نشان داده‌اند که کلروفیل می‌تواند میزان تشکیل تومورهای سرطانی را کاهش بدهد. کلروفیل می‌تواند پیوندی قوی با مواد شیمیایی سرطان‌زایی مانند افلاتوکسین‌ها برقرار کند و به این ترتیب به توقف جذب این مواد در روده کمک کند. همچنین کلروفیل میزان آسیب ژنی ناشی از تاثیرات افلاتوکسین را کمتر می‌کند.
• اثرات آنتی‌اکسیدانی: کلروفیل خاصیت آنتی‌اکسیدانی دارد، مطالعاتی نشان داده‌اند که مصرف منظم سبزیجات به افزایش آنتی‌اکسیدان‌ها در جریان خون کمک کرده است.
• خون‌سازی: کلروفیل از لحاظ ساختار شیمیایی مشابه با هموگلوبین است. هموگلوبین که پروتئینی موجود در گلبول‌های قرمز است برای انتقال اکسیژن در بدن ضروری است. تحقیقات نشان‌ داده‌اند که مصرف نوشیدنی‌های حاوی سبزیجات که غنی از کلروفیل هستند، می‌توانند به درمان اختلالات کمبود هموگلوبین کمک کنند.

مشتقات نیمه-مصنوعی کلروفیل (کلروفیل مایع یا آب کلروفیل) به عنوان مکمل‌های دارویی ساخته شده‌اند. برخی از دلایل استفاده از این مکمل‌ها را در ادامه این مطلب در بخش «مزایای کلروفیل مایع» توضیح خواهیم داد.

ساختار کلروفیل

همانطور که فرمول شیمیایی این مولکول برای فرآیند فتوسنتز مهم است، نحوه آرایش این اتم‌ها و مولکول‌ها نیز اهمیت بسیار بالایی دارد. مولکول‌های کلروفیل ساختاری قورباغه شکل دارند و بخش‌های مختلف آن‌ها به شرح زیر است.

• سر: این بخش یک حلقه آب‌دوست است. حلقه‌های آب‌دوست، مراکز جذب انرژی نور هستند. مرکز این بخش، محل قرارگیری اتم منیزیم است که باعث ساختار منحصر به فرد کلروفیل شده است.
• دم: دم کلروفیل یک زنجیره کربنی بلند با خاصیت آب‌گریزی است. این زنجیره باعث می‌شود که کلروفیل بتواند به پروتئین‌های حاضر در غشای کلروپلاست متصل شود.
• زنجیره جانبی: این بخش از مولکول کلروفیل باعث تفاوت انواع مختلف کلروفیل می‌شود.

مولکول کلروفیل یک هسته مرکزی فلزی دارد که توسط ساختارهای حاوی نیتروژن احاطه شده است و باعث ایجاد حلقه‌های پورفیرینی می‌شود. تمام مولکول‌های کلروفیل با حضور چهار حلقه پیرول‌مانند (که تتراپیرول نامیده می‌شوند.) و یک حلقه پنجم ساختار شاخص خودشان را پیدا می‌کنند. همچنین، تعدادی زنجیره جانبی به ساختار حلقه‌ متصل می‌شوند.

کلروفیل‌ها جزو «کلرین‌‌ها» (Chlorins) دسته‌بندی شده‌اند که به پورفرین‌هایی مانند هموگلوبین نزدیک هستند. انواع مختلفی از کلروفیل‌ها وجود دارند که ممکن است از لحاظ ساختار شیمیایی با یک‌دیگر متفاوت باشند و این تفاوت به دلیل حضورشان در موجودات زنده مختلف است. بین انواع کلروفیل‌های موجود، ساختار کلروفیل a بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است.

فرمول کلروفیل چیست؟

چند دسته کلروفیل وجود دارد که تفاوت‌های جزئی با یکدیگر دارند، اما حضور کلروفیل a در جانداران فتوسنتزکننده، بیشتر است. بنابراین در این بخش به فرمول شیمیایی آن می‌پردازیم. در طول فتوسنتز، کلروفیل a انرژی خورشید را جذب کرده و آن را به اکسیژن و نوعی از انرژی تبدیل می‌کند که برای گیاه و موجودات تغذیه‌کننده از گیاهان قابل استفاده باشد. برای انجام این فعالیت، کلروفیل نیاز دارد که ساختاری داشته باشد که قادر به انتقال الکترون در طول فتوسنتز است.

فرمول کلروفیل a به این صورت است.

$$C_{55}H_{72}O_{5}N_{4}Mg$$

با توجه به این فرمول، کلروفیل دارای ۵۵ اتم کربن، ۷۲ اتم هیدروژن، ۵ اتم اکسیژن، ۴ اتم نیتروژن و تنها یک اتم منیزیم است.

انواع کلروفیل

کلروفیل‌های متنوعی تا به امروز شناسایی شده‌اند که تمام آن‌ها را به عنوان مشتقات کلرین می‌شناسیم. ۶ نوع کلروفیل شناسایی شده‌اند که آن‌ها را با عنوان‌های زیر می‌شناسیم.

• کلروفیل a
• کلروفیل b
• کلروفیل c
• کلروفیل d
• کلروفیل e
• کلروفیل f

در این بخش قصد داریم به این سوال جواب بدهیم که جزئیات مربوط به هر نوع کلروفیل چیست؟ پس از بررسی همه انواع کلروفیل، خصوصیات شیمیایی آن‌ها را در یک جدول جمع‌بندی خواهیم کرد.

کلروفیل a

کلروفیل a همه‌گیرترین نوع کلروفیل است و در تمام موجودات زنده‌ای که قادر به انجام فتوسنتز اکسیژنی هستند، وجود دارد. در طی فتوسنتز اکسیژنی، اکسیژن به عنوان محصول جانبی فرآیند تولید می‌شود. البته در باکتری‌های گوگردی که فتوسنتز بی‌هوازی انجام می‌دهند، مقادیر کمی از کلروفیل گزارش شده است. در حقیقت کلروفیل را می‌توانیم در اکثر موجودات فوتوسنتزکننده مانند یوکاریوت‌ها، سیانوباکتری‌ها و پروکلروفیتا (نوعی باکتری) ببینیم که به عنوان یک دهنده اولیه الکترون در زنجیره انتقال الکترون ایفای نقش می‌کند.

این رنگدانه بیشترین جذب را در طیف نوری بنفش-آبی و نارنجی-قرمز دارد و نور زرد-سبز را بازتاب می‌دهد، به این ترتیب سبز رنگ به نظر می‌رسد.

یکی از تفاوت‌های کلروفیل a با دیگر انواع کلروفیل در نوع زنجیره جانبی متصل به حلقه است. این نوع کلروفیل گروه‌های الکترون‌دهنده متیل و اتیل را در کربن شماره ۷ و ۸ دارد. دم هیدروکربنی ‌کلروفیل a به واسطه خاصیت آبگریزی‌اش قادر است که به پروتئین‌های آبگریز موجود در غشا تیلاکوئید‌های کلروپلاست متصل شود.

بیوسنتز کلروفیل a به وسیله واکنش بین کلروفیلید a و فیتیل دی‌فسفات در حضور آنزیم کلروفیل سنتاز صورت می‌گیرد.

کلروفیل b

کلروفیل b از لحاظ فراوانی در موجوداتی که فتوسنتز اکسیژنی انجام می‌دهد، جایگاه دوم را دارد. این دسته از کلروفیل a مشتق شده‌اند. فرمول شیمیایی این کلروفیل که قادر به جذب نور در طول موج آبی است، به شرح زیر می‌باشد.

$$C_{55}H_{70}MgN_{4}O_{6}$$

 کلروفیل b در اکثر گیاهان خشکی در نزدیکی فوتوسیستم ۲ قرار دارد. به طور کلی نسبت کلروفیل b در فتوسیستم ۲ بیشتر از فتوسیستم ۱ است. غلظت کلروفیل b ممکن است به خاطر سازگاری‌های موجودات زنده افزایش یابد، در نتیجه با افزایش این کلروفیل، گستره طول موج جذب شده نیز افزایش می‌یابد. پروسه بیوسنتز کلروفیل b مشابه کلروفیل a است و در حضور آنزیم کلروفیل سنتاز رخ می‌دهد.

تا اینجا از این مطلب از مجله فرادرس متوجه شدیم که کلروفیل چیست و دو نوع کلروفیل موجود در گیاهان را شناختیم. کلروفیل a و b ساختار بسیار مشابهی دارند. در حقیقت تنها تفاوت میان این دو، گروه متیلی موجود در کلروفیل a و گروه آلدهیدی کلروفیل b است. برخلاف ساختار مشابه این دو کلروفیل، خصوصیات و فعالیت‌هایشان متفاوت است. در جدول زیر خلاصه‌ای از این تفاوت‌ها را ارائه داده‌ایم.

کلروفیل c

این نوع کلروفیل به عنوان رنگدانه جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد و نسبت به کلروفیل a و b میزان توزیع کمتری دارد. این رنگدانه در جلبک‌های یوکاریوتی قهوه‌ای-طلایی، جلبک‌های دریایی و داینوفلاژله‌ها (Dinoflagellates) وجود دارد.

کلروفیل c با توجه طیف جذب نورش که بین ۴۴۷ تا ۵۲۰ نانومتر است، رنگ سبز-آبی ایجاد می‌کند. فرمول شیمیایی این رنگدانه به این ترتیب است:

$$C_{35}H_{28}N_{4}O_{5}Mg$$

با توجه به فرمول شیمیایی کلروفیل c می‌توان حدس زد که ساختاری متفاوت از دیگر کلروفیل‌ها دارد. به طوری که این نوع از کلروفیل دارای ساختار حلقه‌ای پورفیرین است اما دم ایزوپرنوئید یا حلقه D احیا شده ندارد.

کلروفیل c به چند دسته تقسیم می‌شود.

1. کلروفیل $$c_{1}$$: نوعی رایج از کلروفیل c است و تفاوتش با کلروفیل $$c_{2}$$
2. کلروفیل $$c_{2}$$: رایج‌ترین نوع کلروفیل c است و یک گروه ونیل در کربن شماره ۸ دارد.
3. کلروفیل $$c_{3}$$: این نوع از کلروفیل c در ریزجلبکی به نام «Gephyrocapsa Huxleyi» وجود دارد. این نوع کلروفیل c، دارای خاصیت قطبی است.

کلروفیل d

کلروفیل d یکی از نادرترین نوع‌ها بین کلروفیل‌ها است که در بعضی گونه‌های جلبک‌ قرمز و سیانوباکتری‌ها دیده می‌شود. این نوع کلروفیل‌ را بیشتر در جلبک‌های دریازی می‌بینیم، زیرا می‌تواند به جلبک‌هایی که در عمق‌های زیاد رشد می‌کند، کمک کند که از مقدار محدود نوری که به آن‌ها می‌رسد، بیشترین استفاده را داشته باشند. فرمول شیمیایی کلروفیل d به شرح زیر است.

$$C_{54}H_{70}N_{4}O_{6}Mg$$

کلروفیل d یک رنگدانه مهم در سیانوباکتری‌های آزاد است که در محیط‌هایی با میزان نور مرئی کمتر و تشعشعات مادون قرمز بیشتر زندگی می‌کنند.

کلروفیل e

نوعی کمیاب از کلروفیل است که در بعضی جلبک‌های طلایی پیدا می‌شود. کلروفیل e مشابه کلروفیل‌های باکتریایی موجود در سیانوباکتری‌ها است و به عنوان رنگدانه جانبی ایفای نقش می‌کند. به علت این که این نوع کلروفیل به تازگی کشف شده است، هنوز اطلاعات کامل و دقیق از آن در دسترس نیست.

کلروفیل ‌f

کلروفیل‌ f در محدوده فروسرخ جذب دارد و این بزرگترین تفاوتش با دیگر انواع کلروفیل‌ها است. فرمول شیمیایی این نوع کلروفیل به این ترتیب است.

$$C_{55}H_{70}N_{4}O_{6}Mg$$

حضور کلروفیل f را در سیانوباکتری‌ها می‌توان ردیابی کرد.

جدول انواع کلروفیل‌ها

وظایف کلروفیل چیست؟

کلروفیل رنگدانه‌ای است که در فتوسنتز به جذب انرژی نور می‌پردازد، بنابراین در واکنش‌های نوری فتوسنتز نقش بسیار مهمی دارد. در درختان برگ‌ریز شاهد تجزیه کلروفیل در فصل‌های پاییز و زمستان هستیم، به همین دلیل برگ درختان به رنگ‌های متفاوتی درمی‌آید.

در این بخش ابتدا به سراغ جایگاه کلروفیل می‌رویم تا تیلاکوئید‌ها و پروتئین‌های درگیر در واکنش‌های نوری فتوسنتز را بشناسیم. سپس نقش کلروفیل در فتوسنتز را با جزئيات بیشتری بررسی خواهیم کرد و به این ترتیب با فتوسیستم‌ها و جریان‌های انتقال الکترون آشنا خواهیم شد.

موقعیت و ساختار تیلاکوئید

در یوکاریوت‌ها، برای مثال گیاهان، تیلاکوئید‌ها درون کلروپلاست وجود دارند. کلروپلاست اندامک سلولی است که تلاکوئیدها را مانند کیسه یا سکه‌های پول در خود جا داده است و این تلاکوئید‌ها به وسیله لاملاها با یکدیگر در ارتباطند.

در پروکاریوت‌های فتوسنتزکننده مانند سیانوباکتری‌ها، باکتری‌های گوگردی سبز، باکتری‌های بنفش و هلیکوباکتری‌ها تیلاکوئیدها به صورت چین‌خوردگی‌های درونی غشای پلاسمایی ظاهر می‌شوند. این چین‌خوردگی‌ها محل حضور کلروفیل (در سیانوباکتری‌ها) و رنگدانه‌های مشابه کلروفیل (کلروفیل باکتریایی موجود در باکتری‌های فتوسنتزکننده) هستند.

تیلاکوئید چیست؟

ساختارهایی دیسکی که فوتون‌های نور را از منابع نور جمع‌آوری می‌کند. در یوکاریوت‌ها، تیلاکوئید یکی از ۳ نوع غشایی است که در کلروپلاست وجود دارد. ۲ نوع دیگر، غشا داخلی و خارجی کلروپلاست هستند.

تیلاکوئيد‌ها ۲ بخش اصلی دارند.

• غشای تیلاکوئید: محل جمع شدن پروتئین‌های گوناگون مانند فوتوسیستم ۲ است.
• لومن تیلاکوئید: حاوی پروتئین‌های لومنی متفاوت است.

غشای تیلاکوئیدی دارای انواع مختلفی از «پروتئین‌های سرتاسری غشا» (Integral Protein) است که کمپلکس‌های جمع‌آوری نور را می‌سازند. این پروتئين‌ها فوتوسیستم ۱، فوتوسیستم ۲، سیتوکروم b6f و ATP سنتاز هستند. به خاطر حضور این پروتئین‌ها، غشای تیلاکوئید به عنوان سایتی برای واکنش‌های وابسته به نور فتوسنتز شناخته می‌شود.

گفتیم که لومن تیلاکوئید دارای پروتئين‌های لومنی است، ازجمله این پروتئین‌ها می‌توان به «پلاستوکوئینون» (Plastoquinone | PQ) و پلاستوسیانین (Plastocyanin | PC) اشاره کرد که در زنجیره انتقال الکترون نقش دارند. بر خلاف پلاستوسیانین که در امتداد غشای تیلاکوئید حرکت می‌کند، پلاستوکوئینون می‌تواند در طی انتقال الکترون به غشای تیلاکوئید بپیوندد.

استرومای کلروپلاست

استروما همان ماتریکس کلروپلاست و مایعی است که تیلاکوئیدها را احاطه می‌کند. در این بخش از کلروپلاست است که واکنش‌های مستقل از نور (واکنش‌های تاریکی) فتوسنتز انجام می‌شوند. از جمله پروتئین‌های استرومایی که در زنجیره انتقال الکترون حضور دارد، می‌توان به «فردوکسین» (Ferredoxin | Fd) اشاره کرد.

کلروفیل و فتوسنتز

گیاهان نمی‌توانند از موجودات دیگر تغذیه کنند، بنابراین از نور خورشید و مواد شیمیایی برای فتوسنتز استفاده می‌کنند تا نیازهای غذاییشان را تامین کنند. در این بخش قصد داریم اهمیت کلروفیل در فتوسنتز را بررسی کنیم.

تمام واکنش‌ها نیاز به انرژی دارند، بنابراین گیاهان نیازمند یک روش برای تامین انرژی فرآیند فتوسنتز هستند. انرژی خورشید محدودیت ندارد و در دسترس گیاهان است، پس آن‌ها با استفاده از رنگدانه‌ کلروفیل انرژی نور را جذب و نیازهایشان را برطرف می‌کنند. پس از جذب نور، انرژی در مولکول‌های آدنوزین تری‌فسفات (ATP) ذخیره می‌شود.

گیاهان از انرژی ذخیره شده در ATP برای انجام واکنش‌های فتوسنتزی استفاده می‌کنند که فرمول آن به شرح زیر است.

$$6CO_{2}+6H_{2}Orightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}$$

مولکول‌های واکنش‌دهنده در فرآیند فتوسنتز چطور در دسترس گیاه قرار می‌گیرند و مولکول‌های فرآورده چه کاربردی دارند؟

• دی‌اکسید کربن: گیاهان با استفاده از روزنه‌ برگ‌های خود دی‌اکسید کربن را از هوا جذب می‌کنند.
• آب: گیاهان با استفاده از ریشه‌هایشان آب را از خاک جذب می‌کنند.
• گلوکز: گلوکز یک مولکول قند است که برای رشد و ترمیم استفاده می‌شود.
• اکسیژن: در طی فتوسنتز، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌شود. گیاهان اکسیژن را از طریق روزنه‌هایشان آزاد می‌کنند.

فتوسیستم‌ها

در مورد گیاهان خشکی می‌توان گفت که کلروفیل a و b اصلی‌ترین انواع کلروفیل هستند. کلروفیل a قادر است که انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل کند، بنابراین به طور مستقیم در واکنش‌های نوری فتوسنتز فعالیت دارد اما کلروفیل b انرژی نور را جذب می‌کند و سپس آن را کلروفیل a منتقل می‌کند. به همین دلیل است که کلروفیل a را رنگدانه اصلی فوتوسنتز می‌دانیم. البته حضور کلروفیل b نیز مهم است چون توانایی افزایش کارآیی فتوسنتز را دارد.

پیش‌تر در بخش «کلروفیل چیست؟» گفتیم که کلروفیل‌های متفاوت، بازه‌های جذب متفاوتی دارند. کلروفیل‌‌ها بیشترین میزان جذب را در طول‌ موج‌های ۴۰۰ تا ۴۵۰ نانومتر و ۶۵۰ تا ۷۰۰ نانومتر دارد. کلروفیل b نیز بالاترین جذب را در ۴۵۰ تا ۵۰۰ نانومتر و ۶۰۰ تا ۶۵۰ نانومتر دارد. بنابراین حضور کلروفیل b و دیگر انواع رنگدانه‌های جانبی برای افزایش توان جذب نوری بسیار مفید است. اهمیت این رنگدانه‌ها در گیاهانی که در سایه هستند (مانند گیاهانی که زیر سایه درختان رشد می‌کنند.) بیشتر نیز می‌شود.

با توجه به تمام این توضیحات کار کلروفیل چیست؟

کلروفیل به کمک رنگدانه‌های جانبی، فتوسیستم را می‌سازند. فتوسیستم یک شبکه در تیلاکوئيد است که مسئول به دام انداختن نور و به راه انداختن مجموعه‌ای از واکنش‌های کاهش-اکسیداسیون است. به بیان دیگر فتوسیستم همان مکانی است که واکنش‌های نوری اتفاق می‌افتند.

دو فتوسیستم وجود دارند که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

• فتوسیستم ۱ ($$PS I$$)
• فتوسیستم ۲ ($$PS II$$)

تفاوت این دو فتوسیستم به مرکز واکنششان برمی‌گردد. مرکز واکنش فتوسیستم ۱، P۷۰۰ است در حالی که مرکز واکنش فتوسیستم ۲، ‌P۶۸۰ است. P۷۰۰ مرکز واکنشی است که بیشترین مقدار واکنش‌پذیری را در محدوده‌ای دارد که بالاترین میزان جذب (طول موج 700 نانومتر) دارد. P۶۸۰ مرکز واکنشی با بالاترین میزان جذب نور در 680 نانومتر (نور قرمز) است. به علاوه، $$PS II$$ مسئول واکنش تجزیه نوری آب در طول فرآیند فتوسنتز است.

همانطور که گفتیم، کار کلروفیل و دیگر رنگدانه‌ها به دام انداختن نور یا به طور دقیق‌تر «فوتون»ها است. زمانی که یک فوتون توسط رنگدانه جذب می‌شود، رنگدانه‌ موردنظر برانگیخته می‌شود. در مرحله برانگیختگی، مولکول باید یک الکترون آزاد کند تا به شرایط پایدارش برگردد. الکترون آزاد شده به رنگدانه بعدی منتقل شده و باعث برانگیختگی آن می‌شود. سپس زنجیره‌ای از برانگیختگی و بازگشت به حالت پایه به راه می‌افتد تا زمانی که الکترون به کلروفیل a برسد که در مرکز واکنش فتوسنتزی قرار دارد.

مولکول دیگری نیز در مرکز واکنش قرار دارد که به عنوان گیرنده اولیه الکترون ایفای نقش می‌کند. این مولکول ۲ الکترون از کلروفیل a برانگیخته می‌گیرد، سپس این دو الکترون را به زنجیره انتقال الکترون تحویل می‌دهد. از دست دادن الکترون‌ها باعث می‌شود تا در مرکز واکنش، کمبود الکترون با تجزیه آب جبران شود. با تجزیه آب، اکسیژن ($$O_{2}$$

جریان الکترون چرخه‌ای و غیرچرخه‌ای

در جریان الکترون غیرچرخه‌ای، الکترون به فتوسیستم ابتدایی برنمی‌گردد. به همین دلیل این مسیر با جریان الکترون چرخه‌ای که در طی آن الکترون به فتوسیستم بازمی‌گردد، تفاوت دارد. در تصویر زیر، جزئیات مربوط به جریان چرخه‌ای قابل مشاهده است.

تفاوت‌های دیگر این دو جریان الکترون چیست؟

تفاوت این دو جریان منحصر به بازگشت الکترون به فتوسیستم اولیه نیست. سه تفاوت دیگر نیز میان جریان الکترون چرخه‌ای و غیرچرخه‌ای وجود دارد که در ادامه آن‌ها را توضیح داده‌ایم.

• در جریان غیرچرخه‌ای، NADPH تولید می‌شود ولی در جریان چرخه‌ای تولید آن را نمی‌بینیم. در جریان الکترون چرخه‌ای به جای انتقال الکترون ها به NADP، فرودوکسین آنها را به سیتوکروم b6f، به پلاستوسیانین و در نهایت به فتوسیستم ۱ می‌فرستد.
• در جریان چرخه‌ای به دلیل تجزیه نشدن آب، اکسیژن نیز تولید نمی‌شود.
• جریان الکترون غیرچرخه‌‌ای بیشتر از جریان چرخه رخ می‌دهد، بنابراین NADPH و ATP تولید می‌‌شوند که می‌توانند در واکنش‌های ساخت قند، تاثیرگذار باشند.

اما NADPH چیست که تولید شدن یا نشدن آن مهم است؟ NADPH مولکول حامل انرژی و یک کاهنده (احیاکننده) قوی است. این مولکول مانند ATP با ذخیره انرژی شیمیایی، در ساخت گلوکز و سایر ترکیبات آلی ایفای نقش می‌کند. چرخه کالوین، مسیری است که در آن از $$CO_{2}$$

به طور خلاصه می‌توان چرخه کالوین را به این صورت توصیف کرد که برای هر ۳ مولکول $$C{O}_{\mathrm{۲}}$$

مسیر یادگیری فتوسنتز با فرادرس

فتوسنتز یکی از مهم‌ترین واکنش‌های شیمیایی شناخته شده است. تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس متوجه شدیم که در این واکنش دلیل اهمیت کلروفیل چیست. اما حضور کلروفیل فقط یک بخش از ابعاد گوناگونی است که می‌توان با استفاده از آن به فتوسنتز نگاه کرد. گفتیم که فتوسنتز در گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها انجام می‌شود اما آیا علاوه بر تنوع کلروفیل‌های حاضر در این موجودات، روند فتوسنتز نیز در آن‌ها متفاوت است؟

فرادرس فیلم‌های آموزشی متفاوتی را تهیه و منتشر کرده است که به بیننده کمک می‌کنند به اصول فتوسنتز مسلط شود و سپس یک گام پیش بگذارد و این فرآیند را در موجودات مختلف به طور تخصصی بررسی کند. در ادامه تعدادی از این دوره‌های آموزشی را به شما معرفی می‌کنیم.

اگر به گیاه‌شناسی علاقه‌مند هستید و قصد دارید که اطلاعات کامل‌تر و بهتری راجع به دنیای بزرگ و متنوع گیاهان به دست آورید، به شما بازدید از صفحه مجموعه فیلم‌های آموزش زیست شناسی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی فرادرس را پیشنهاد می‌کنیم.

روند بیوسنتز کلروفیل چیست؟

بیوسنتز کلروفیل در گیاهان عالی درون پلاستیدها انجام می‌شود، زیرا تمام آنزیم‌های درگیر در این فرآیند در هسته سلولی کد می‌شوند و بعد از تغییرات پس از ترجمه وارد کلروپلاست می‌شوند. سنتز این رنگدانه همراه با تولید دیگر رنگدانه‌ها مانند کاروتنوئیدها و رنگدانه‌های متصل به پروتئین‌ها، اتفاق می‌افتد. می‌توان کل فرآیند ساخت کلروفیل را به دو بخش زیر تقسیم کرد.

• مسیر مستقل از نور
• مسیر وابسته به نور

بیوسنتز با مسیر مستقل از نور هنگامی آغاز می‌شود که نور در دسترس نیست. سپس در مرحله آخر سنتز کلروفیل مسیر وابسته به نور به راه می‌افتد. اما آیا برای همه‌ فتوسنتزکننده روند بیوسنتز یکسان است؟ در باکتری‌ها روش ساخت کلروفیل چیست؟

در مورد کلروفیل باکتریایی بیوسنتز کروفیل فقط از طریق مسیر مستقل از نور رخ می‌دهد. در مقابل در نهاندانگان تنها مسیر بیوسنتزی که وجود دارد، مسیر وابسته به نور است. در جلبک‌ها، سیانوباکتری‌ها، خزه‌ها و سرخس‌ها هر دو مسیر استفاده می‌شوند. توانایی موجودات زنده مختلف برای سنتز کلروفیل در زمان غیبت نور به تولید آنزیم‌هایی برمی‌گردد که به نور وابستگی ندارند.

یک مرحله تنظیمی کلیدی در بیوسنتز کلروفیل در گیاهان سبز، احیای حلقه D پروتوکلروفیلید و تبدیل آن به کلروفیلید است. این تبدیل در حضور یکی از آنزیم‌های کلروپلاست که در هسته کدگذاری شده است یعنی «پروتوکلروفیلید اکسیدوردوکتاز» (Protochlorophyllide Oxidoreductase) کاتالیز می‌شود. این آنزیم که در نهاندانگان وجود دارد به انرژی نور برای کاتالیز نیازمند است، در نتیجه مسیر سنتز کلروفیل وابسته به نور است.

بازدانگان، جلبک‌ها و بعضی دیگر از انواع گیاهان دارای آنزیمی هستند که پروتوکلروفیلید را بدون نیاز به انرژی نور احیا می‌کند. این موضوع موجودات زنده را قادر می‌سازد تا در تاریکی نیز کلروفیل تولید کنند.

در ادامه کل پروسه بیوسنتز کلروفیل در گیاهان عالی را در ۱۰ مرحله توضیح می‌دهیم.

1. اتصال گلوتامات به ‌tRNA
   • قدم اول بیوسنتز کلروفیل اتصال آمینواسید گلوتامات به tRNA در حضور آنزیم «گلوتامیل-tRNA سنتتاز» است.
   • در سلول‌های یوکاریوتی دو نوع آنزیم گلوتامیل-tRNA سنتتاز وجود دارند که یکی از آن‌ها در کلروپلاست و دیگری در سیتوزول حضور دارد.
2. احیای گلوتامیل-tRNA
   • «گلوتامیل-tRNA ردوکتاز» دومین آنزیم این مسیر است که احیای گروه فعال‌شده آلفا-کربونیل موجود در گلوتامیل-tRNA را بر عهده دارد.
   • این مرحله در حضور NADPH انجام می‌شود و «گلوتامات-۱-سمی‌آلدهید» آزاد می‌گردد.
   • برای انجام واکنش، نوکلئوتیدهای پیریدین مورد نیاز هستند. برای مثال NADP نوعی نوکلئوتید پیریدین است.
3. انتقال گروه آمین
   • در ادامه گلوتامات-۱-سمی‌آلدهید به «۵-آمینولولینات» (Aminolevulinate) تبدیل می‌شود و این واکنش در حضور آنزیمی به نام «آنزیم گلوتامات-۱-سمی‌آلدهید» (Glutamate 1-Semialdehyde Enzyme) رخ می‌دهد.
   • این آنزیم یک آمینوموتاز است که گروه آمینی را از کربن شماره ۲ سوبسترا به کربن شماره ۵ که در همسایگی قرار دارد، منتقل می‌کند.
4. سنتز آبدهی دو ۵-آمینولولینات 
   • در مرحله بعد دو مولکول ۵-آمینولولینات طی یک واکنش سنتز آبدهی با یکدیگر ادغام می‌شوند. این واکنش توسط آنزیم «۵-آمینولولینات دهیدروژناز» انجام می‌شود که با نام «پورفوبیلینوژن سنتاز» (Porphobilinogen Synthases) نیز شناخته می‌شوند. در این مرحله «پورفوبیلینوژن» (Porphobilinogen) تولید می‌شود.
5. تشکیل «کوپروپرفیرینوژن» (Coproporphyrinogen) 
   • چهار مولکول پورفوبیلینوژن با یک‌دیگر به وسیله آنزیم «پورفوبیلینوژن دآمیناز» ادغام می‌شوند تا نوعی تتراپیرول خطی، یعنی «هیدروکسی‌متیل‌بیلان» (Hydroxymethylbilane) را ایجاد کنند.
   • سپس هیدروکسی‌متیل‌بیلان توسط آنزیم اوروپورفیرینوژن دکربوکسیلاز تبدیل به «کوپروپرفیرینوژن $${III}$$» ($$Coproporphyrinogen {III}$$) می‌شود.
6. دکربوکسیلازیسون کوپروپرفیرینوژن
   • مرحله بعد دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو زنجیره فرعی پروپیونات در حلقه‌های A و B مولکول کوپروپرفیرینوژن است تا پروتوپورفیرینوژن $${IX}$$ ($$Protoporphyrinogen {IX}$$) ساخته شود.
   • سپس آنزیم «پروتوپورفیرینوژن اکسیداز» در طی یک واکنش آروماتیزاسیون وابسته به اکسیژن، پروتوپورفیرینوژن را به «پروتوپورفیرین» (Protoporphyrin) تبدیل می‌کند.
7. اضافه شدن یون Mg
   • در ادامه پروتوپورفیرین به «منیزیم-پروتوپورفیرین» (Mg-Protoporphyrin) تبدیل می‌شود. این تبدیل به وسیله اضافه شدن یون‌های $$Mg^{2+}$$ در حضور آنزیم «منیزیم کلاتاز» (Mg-Chelatase Enzyme) انجام می‌شود.
   • این فرآیند واکنشی دو مرحله‌ای است که هر مرحله به ATP نیاز دارد.
8. شکل‌گیری حلقه «ایزوسیکلیک» (Isocyclic Ring)
   • در این مرحله منیزیم-پروتوپورفیرین به «پروتوکلروفیلید» (Protochlorophyllide) تبدیل می‌شود. واکنش توسط آنزیم «ام-پروتوپورفیرین سیکلاز» انجام می‌شود و نتیجه نهایی آن تشکیل حلقه ایزوسیکلیک E از منیزیم-پروتوپورفیرین است.
   • این مرحله می‌تواند هم به صورت هوازی و هم بی‌هوازی انجام شود. مسیر هوازی در گیاهان و جلبک‌ها رایج‌ است، در حالی که مسیر بی‌هوازی در باکتری ها پی گرفته می‌شود.
9. تبدیل پروتوکلروفیلید به «کلروفیلید» (Chlorophyllide)
   • تبدیل پروتوکلروفیلید به کلروفیلید تنها مرحله‌ای است که به نور نیاز دارد.
   • واکنش توسط آنزیم پروتوکلروفیلید اکسیدوردوکتاز انجام می‌شود که برای اضافه کردن کربن شماره ۱۷ و ۱۸ به حلقه‌ D به نور نیاز دارد.
10. تشکیل کلروفیل
    • مرحله آخر مسیر بیوسنتز کلروفیل، تبدیل کلروفیلید به کلروفیل است که توسط آنزیم «کلروفیل سنتتاز» انجام می‌شود.
    • تشکیل انواع مختلف کلروفیل به حضور آنزیم‌‌های متفاوت در این مرحله بستگی دارد.

چرخه کلروفیل و پژمردگی گیاه

پروسه پیری در گیاهان شامل تخریب کلروفیل است. برای مثال آنزیم «کلروفیلاز» زنجیره جانبی فیتیل را هیدرولیز می‌کند و آن را به مرحله کلروفیلید a یا b بازمی‌گرداند. کلروفیلید a می‌تواند به کلروفیلید b تبدیل شود تا طی یک واکنش استری، کلروفیل b تولید گردد. این فرآیند امکان چرخش بین دو کلروفیل را فراهم می‌کند. همچنین کلروفیل b می‌تواند به طور مستقیم احیا شود و به کلروفیل a تبدیل شود، به این ترتیب چرخه بین این دو کامل می‌شود.

در مراحل پایانی پژمردگی، کلروفیلیدها تبدیل به گروهی از تتراپیرول‌های بی‌رنگ می‌شوند که آن‌ها را با عنوان «کاتابولیت‌های غیرفلورسنس کلروفیل» (Non-Fluorescent Chlorophyll Catabolites | NCC’s) می‌شناسیم. این ترکیبات در میوه‌های در حال رسیدن وجود دارند، همچنین دلیل رنگ‌های خاص پاییزی در گیاهان برگ‌ریز نیز هستند.

روش اندازه‌ گیری میزان کلروفیل چیست؟

کلروفیل‌ها را می‌توان استخراج کرد و در حلال‌ها آلی نگه داشت. با این روش می‌توان غلظت کلروفیل یک برگ را تخمین زد. روش هایی نیز برای جداسازی کلروفیل a و کلروفیل b وجود دارند.

در دی‌اتیل اتر، بیشترین جذب کلروفیل a در محدوده ۴۳۰ الی ۶۶۲ نانومتر است در حالی که بیشترین جذب کلروفیل b در بازه بین ۴۵۳ نانومتر تا ۶۴۲ نانومتر است می‌توان این جذب‌ها را با استفاده از روش‌های طیف سنجی اندازه‌گیری کرد. بالاترین میزان ضریب جذب مولی کلروفیل a بیش از $$10^{5}M^{-1}cm^{-1}$$

کلروفیل مایع چیست؟

به طور معمول مکمل‌های کلروفیل، کلروفیلین هستند که نوعی کلروفیل نیمه‌سنتز شده و محلول در آب است. کلروفیلین از کلروفیل مشتق شده است ولی فلز قرار گرفته در ساختار آن به جای منیزیم، مس است. بنابراین زمانی که به دنبال مکمل‌های مایع کلروفیل هستید، به احتمال زیاد کلروفیلین تهیه خواهید کرد. کلروفیل طبیعی به صورت پودر یا قرص در اختیار افراد قرار می‌گیرد.

مزایای کلروفیل مایع

کلروفیل مایع یا کلروفیلین مزایای زیادی دارد. اما از طرفی شواهد زیادی برای تاثیرگذاری بالا وجود ندارد، بنابراین بهتر است از طریق منابع غذایی مانند سبزیجات دریایی و سبزیجات برگ‌دار نیاز بدن تامین شود. در ادامه خواهیم گفت که مزایای استفاده از کلروفیل چیست.

دئودورانت داخلی

طبق تعدادی از مطالعات انجام شده می‌توان گفت که کلروفیل به کاهش بوی بدن کمک می‌کند. بنابراین روی کیفیت زندگی افرادی که درگیر بوی بد عرق هستند، اثرات مثبتی می‌گذارد. همچنین بوی تند ادرار و مدفوع را در بیمارانی که توانایی نگهداری و کنترل دفع ادرار و مدفوع را ندارند، کاهش می‌دهد.

بهبود زخم

در طی یک مطالعه، پزشکان متوجه شدند که در صورت استفاده موضعی از کلروفیلین می‌توان بوی بد حاصل از زخم را کاهش داد. پس از این تحقیقات به ترکیب پمادهای بهبود و پاکسازی زخم، کلروفیلین اضافه شد تا از تاثیرات آن استفاده شود.

التیام پوست

از ژل «کلروفیلین مس سدیم» می‌توان برای بهبود آکنه و سوختگی‌های ناشی از نور خورشید استفاده کرد و تاثیرات چشمگیری را شاهد بود.

خواص آنتی‌اکسیدان و ضدسرطانی

کلروفیل با خاصیت آنتی‌اکسیدانی شناخته می‌شود که به معنای جلوگیری از آسیب سلولی ناشی از مواد اکسیداتیو است. این خاصیت با اثرات ضدسرطانی ارتباط دارد. برای مثال محققان در طی یک مطالعه در سال ۲۰۱۸ میلادی متوجه شدند که کلروفیل به میزان قابل توجهی سلول‌های سرطانی پانکراس را در شرایط آزمایشگاهی در موش‌ها کاهش داده است. به این ترتیب محققان به این نتیجه رسیدند که کلروفیل می تواند به کاهش بروز سرطان در افرادی کمک کند که سبزیجات سبز را در رژیم غذایی‌شان جای داده‌اند.

عوارض کلروفیل مایع

تاکنون با گذشت سال‌ها از استفاده کلروفیل مایع به عنوان مکمل غذایی، عوارض خاصی برای این ماده گزارش نشده است. اما با این حال باید مراقب میزان مصرف کلروفیل مایع بود، زیرا استفاده طولانی مدت ممکن است منجر به «حساس‌شدگی به نور» (Photosensitization) شود. این عارضه جانبی باعث افزایش حساسیت پوست در زمان قرارگیری زیر نور خورشید می‌شود.

بیمارانی مصرف‌کننده داروی «متوترکسات» که برای درمان پسوریازیس شدید، سرطان و آرتریت روماتوئید تجویز می‌شود، باید مراقب مصرف کلروفیل یا کلروفیلین باشند. زیرا کلروفیل ممکن است پاکسازی بدن از متوترکسات را به تاخیر بیاندازد.

راز سبز بودن کلروفیل چیست؟

پیوندهای موجود در بسیاری از ترکیبات آلی حاوی اتم فلزی، باعث می شود که آن‌ها برخی از طول موج‌های نور سفید (مرئی) را جذب کنند، در حالی که بقیه طول موج‌ها را منعکس می‌کنند. در مورد کلروفیل، طول موج نور در نواحی آبی و قرمز طیف مورد نیاز رنگدانه برای انجام فعالیت‌هایش است، بنابراین کلروفیل آن‌ها را جذب می کند. اما نیازی به استفاده از نور سبز ندارد و با بازتاب این طول موج رنگ سبز برگ‌ها ایجاد می‌شود.

طیف مرئی (۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) طول موجی را شامل می‌شود که توسط چشم انسان قابل مشاهده است. اما جانداران دیگر ممکن است نور با طول موج‌های متفاوتی را ببینند، مثلا زنبور‌ها و دیگر حشرات گرده افشان توانایی دیدن نور UV و بخش‌های خاصی از طیف مرئی را دارند اما انسان نمی‌تواند نور UV را پردازش کند. انسان‌ها گیاهان را سبز می‌بینند چون کلروفیل داخل سلول‌های گیاهی توانایی جذب نور سبز (حدود ۴۹۵ تا ۵۷۰ نانومتر) را ندارد و در عوض نور قرمز (حدود ۴۰۰ تا ۴۸۴ نانومتر) و آبی‌ (حدود ۶۰۶ تا ۶۶۸ نانومتر) را جذب می‌کند.

کلروفیل در طی تکامل

کلروفیل در طی تکامل نقشی بسیار مهم ایفا کرده است اما در زمینه تکامل منشا اهمیت کلروفیل چیست؟

دانشمندان عقیده دارند که پیدایش موجوداتی در میلیون‌ها سال پیش که توانستند از انرژی خورشید برای تولید غذا استفاده کنند، باعث ظهور گونه‌های فتوسنتز‌کننده‌ متنوع امروزی شده است. یک نظریه وجود دارد که پیشنهاد می‌دهد که پروکاریوت‌های فتوسنتزکننده باستانی به عنوان هم‌زیست درون سلول‌های موجودات زنده بزرگتر به دام انداخته شدند. این نوع از هم‌زیستی «درون هم‌زیستی» (Endosymbiosis) نام دارد‌ که فرض می‌گیرد با این روند، یوکاریوت‌ها شکل گرفتند.

کلروفیل در جانداران فتوسنتزکننده

تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس فهمیدیم که کلروفیل چیست و با جزئيات متفاوت در مورد آن آشنا شدیم. در ابتدا گفتیم که کلروفیل در جانداران فتوسنتزکننده، از گیاهان گرفته تا سیانوباکتری‌ها، پیدا می‌شود و انواع کلروفیل‌ها را شناختیم تا متوجه شویم که هر نوع از این مولکول در چه جانداری دیده می‌شود. در این بخش قصد داریم به سراغ موجودات فتوسنتزکننده برویم و کمی با نقش کلروفیل در آن‌ها آشنا شویم.

گیاهان

در گیاهان، کلروفیل رنگدانه اصلی فتوسنتز است. کلروپلاست حاوی مقادیر زیادی از رنگدانه‌های کلروفیل است تا بتواند انرژی نور را جذب کند. بعضی از گیاهان ساقه‌هایی سبز دارند، بنابراین این دسته از گیاهان نه تنها در برگ‌ها که در ساقه‌ها نیز دارای کلروفیل هستند. گیاهانی نیز وجود دارند که ساقه‌ای چوبی شده و قهوه‌ای دارند، بنابراین در ساقه این گیاهان، کلروفیل را نمی‌بینیم و برگ‌هایشان به عنوان اندام اصلی فتوسنتزکننده به فعالیت می‌پردازند.

در حالی که بعضی درخت‌ها همیشه سبز هستند، درختانی نیز وجود دارند که پس از فصل رشد برگ‌هایشان را از دست می‌دهند. به این درختان، «برگ‌ریز» می‌گویند. درختان برگ‌ریز کلروفیل‌هایشان را تخریب می‌کنند که منجر به تغییر رنگ برگ‌هایشان می‌شود. در این حالت برگ درختان را به رنگ‌هایی مانند زرد، بنفش، قرمز یا قهوه‌ای می‌بینیم.

درختان برگ‌ریز، مواد غذایی را از برگ‌ها گرفته و در ساقه‌ها یا ریشه‌ها ذخیره می‌کنند تا در برابر زمستان یا فصل‌های خشک آمادگی لازم را پیدا کنند. برگ‌ها کم‌کم شروع به ریزش می‌کنند و در نهایت با اتمام زمستان برگ‌هایی تازه با میزان بالای کلروفیل دوباره رشد می‌کنند.

جلبک‌

در جلبک‌ها نیز کلروفیل در کلروپلاست وجود دارد. اکثر جلبک‌ها توانایی فتوسنتز دارند. تعداد اندکی از جلبک‌ها فاقد رنگدانه هستند، بنابراین این دسته بی‌رنگ و هتروتروف‌اند.

جلبک‌های فتوسنتزکننده، منابع اصلی اکسیژن اتمسفر هستند. آن‌ها گروه متنوعی از اتوتروف‌های میکروسکوپی و ماکروسکوپی هستند که به طور معمول در محیط‌های آبی رشد می‌کنند. در حالی که بیشتر جلبک‌ها آب‌زی هستند، برخی در زیستگاه‌های خشکی مانند خاک مرطوب، درختان و صخره‌ها دیده می‌شوند. برخی دیگر نیز در گلسنگ‌ها با گونه‌های قارچی خاصی هم‌زیست هستند.

سیانوباکتری‌ها

سیانوباکتری‌ها مثالی از پروکاریوت‌های فتوسنتزکننده هستند، این باکتری‌ها به علت حضور کلروفیل توانایی فتوسنتز را به دست آورده‌اند. دیگر انواع باکتری‌های فتوسنتزکننده مانند باکتری‌های گوگردی سبز، باکتری‌های بنفش، کلروفلیکسی و هلیکوباکتر کلروفیل ندارند اما رنگدانه‌ فتوسنتزی مشابهی به اسم «کلروفیل باکتریایی» (Bacteriochlorophyll) دارند. کلروفیل باکتریایی باعث تولید اکسیژن در طی فتوسنتز نمی‌شود اما کلروفیل اکسیژن تولید می‌کند.

در سیانوباکتری‌ها نحوه سازماندهی کلروفیل چیست؟

سیانوباکتری‌ها غشاهای تیلاکوئيدی دارند اما این غشاها در یک اندامک مانند کلروپلاست سازمان‌دهی نشده‌اند. در این باکتری‌ها تیلاکوئیدها به صورت چین‌خوردگی‌های غشای پلاسمایی وجود دارند. تفاوت دیگری که تیلاکوئيد‌های سیانوباکتری‌ها با گیاهان دارند این است که تیلاکوئیدهای گیاهی که به صورت دیسک‌هایی روی هم (گرانوم) سازماندهی شده‌اند، در حالی که تیلاکوئیدهای سیانوباکتری به صورت پوسته‌های متحدالمرکز سازماندهی می‌شوند.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که ساختار و وظایف کلروفیل چیست، انواع مختلف این رنگدانه را شناختیم، با کلروفیل مایع که به عنوان مکمل غذایی استفاده می‌شود و همچنین با منابع غذایی کلروفیل آشنا شدیم.

کلروفیل رنگدانه فتوسنتزی است که در واکنش‌های نوری فتوسنتز نقش دارد. این رنگدانه دلیل رنگ سبز گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌هاست، زیرا بیش‌ترین جذب نور را در طول موج‌های قرمز و آبی دارد و رنگ سبز را منعکس می‌کند. این مولکول انواع متفاوتی دارد که در ادامه از آن‌ها نام می‌بریم.

• کلروفیل a
• کلروفیل b
• کلروفیل c
• کلروفیل d
• کلروفیل e
• کلروفیل f

از میان این انواع کلروفیل، کلروفیل a در تمام موجودات فتوسنتزکننده وجود دارد و دیگر انواع کلروفیلی که نام بردیم، رنگدانه‌های جانبی هستند که به باعث می‌شوند کارآیی فتوسنتز بیشتر شود. کلروفیل a و کلروفیل b دو نوعی هستند که در گیاهان می‌بینیم.

اما کلروفیل را در کجای سلول می‌توان دید؟

در یوکاریوت‌ها اندامکی به نام کلروپلاست وجود دارد که ساختارهایی غشادار به نام تیلاکوئید دارد. پروتئین‌های واکنش نوری فتوسنتز در غشای تیلاکوئيد قرار دارند و کمپلکس‌های جمع‌آوری نور را می‌سازند. فتوسیستم‌ها جزو این پروتئين‌ها هستند که توسط کلروفیل و رنگدانه‌های جانبی ساخته می‌شوند.

از آن‌جایی که کلروفیل خاصیت آنتی‌اکسیدانی دارد، ماده غذایی ارزشمندی به حساب می‌آید که می‌توان آن را از طریق مصرف سبزیجات برای بدن تامین کرد. در ادامه تعدادی از سبزیجاتی که میزان کلروفیل بالایی دارند را ذکر کرده‌ایم.

• اسفناج
• جعفری
• نعنا
• شاهی
• جعفری
• بروکلی

کلروفیل مولکولی محلول در چربی است اما کلروفیلین که نوعی کلروفیل نیمه‌سنتز شده است، محلول در آب است و در ساختارش به جای فلز منیزیم، مس دارد. استفاده از کلروفیل مایع به عنوان مکمل غذایی مزایا و معایبی به همراه دارد که در جدول زیر آن‌ها را آورده‌ایم.