Chlorofyl
Chlorofyl of bladgroen is een groep biologische pigmenten die voorkomen in planten, algen en sommige bacteriën, en spelen een centrale rol in de fotosynthese. De naam is afgeleid van het Grieks χλωρός (khloros, "lichtgroen") en φύλλον (phyllon, "blad"). [1] Deze moleculen bevinden zich bij planten en algen in de chloroplasten (bladgroenkorrels) . Ze zijn daar verantwoordelijk voor de absorptie van lichtenergie, voornamelijk in het blauwe en rode deel van het zichtbaar spectrum. Het groene licht wordt minder geabsorbeerd, waardoor planten en algencellen van nature deze kleur vertonen.[2]
Chlorofylmoleculen zijn zo gevormd dat ze een energieoverdracht kunnen vervullen. De energie van de geabsorbeerde fotonen wordt gebruikt om elektronen in een aangeslagen toestand te brengen (excitatie). Dit vormt de eerste stap in een reeks reacties die uiteindelijk leiden tot de vorming van suikers uit koolstofdioxide en water.
Er bestaan verschillende subtypen van chlorofyl. In landplanten zijn chlorofyl a en b de meest voorkomende. Deze vormen verschillen in zijketens rond de ringstructuur, wat verschuivingen in hun absorptiespectra veroorzaakt. Chlorofylmoleculen zijn onderwerp van onderzoek en worden toegepast in de industrie, bijvoorbeeld als natuurlijke kleurstoffen en als modelmoleculen in de fotofysica en bioanorganische chemie.
Geschiedenis
[bewerken | brontekst bewerken]Chlorofyl werd voor het eerst geïsoleerd en benoemd door de Franse chemici Joseph Caventou en Pierre Joseph Pelletier in 1817.[3] Richard Willstätter werd in 1915 gehonoreerd voor het werk in het vaststellen van de molecuulformule en voor het aantonen van de aanwezigheid van magnesium in chlorofyl.[4] De eerste ruwe bepaling van het absorptiespectrum werd uitgevoerd in 1883 in de proef van Engelmann.
De algemene structuur van chlorofyl a werd in 1930 opgehelderd door Hans Fischer en ontving daarvoor de Nobelprijs voor chemie.[4] Tegen 1960 werd door de Amerikaanse chemicus Robert Burns Woodward de volledige synthese van het molecuul uitgewerkt. Nadat in 1967 de laatste stereochemische onduidelijkheden werden opgelost door Ian Fleming, publiceerden Woodward en co-auteurs in 1990 een bijgewerkte synthese.[5]
Een zeldzame vorm, chlorofyl f, werd in 2010 geïdentificeerd in cyanobacteriën en andere zuurstofproducerende micro-organismen uit stromatolieten.[6] De molecuulstructuur werd experimenteel bepaald door middel van NMR en massaspectrometrie.
Fotosynthese
[bewerken | brontekst bewerken]Chlorofylmoleculen zijn ingebed in en rondom de fotosystemen in de thylakoidemembranen van chloroplasten. In deze proteïnecomplexen vervult chlorofyl een drietal functies:
- De functie van het merendeel van de chlorofyl moleculen is lichtabsorptie.
- Zodra dat voltooid is, wordt de tweede functie uitgevoerd, namelijk de energieoverdracht via Förster resonance energy transfer richting het chlorofylpaar binnen in het reactiecentrum van een fotosysteem.
- Dit paar voert de laatste functie uit: de scheiding van ladingen (fotolyse), waarbij de ongebonden protonen (H+) en elektronen (e−) worden geproduceerd die de biosynthese verder aandrijven.
Chemische structuur
[bewerken | brontekst bewerken]
Er zijn meerdere vormen van chlorofyl bekend. Ze worden allemaal beschouwd als derivaten van het uitgangsmolecuul chlorine, een organische verbinding met een kenmerkende ringstructuur. Deze ring is opgebouwd uit vier pyrroolringen (een tetrapyrrool) die via methinebruggen met elkaar verbonden zijn en is verwant aan de porfyrine. In het midden van deze ring is een magnesiumion (Mg2+) gecoördineerd.
Aan de ringstructuur is een lange hydrofobe fytolketen (C20H39O) gekoppeld via een esterverbinding. Deze staart zorgt ervoor dat chlorofyl verankerd is in het thylakoïdemembraan van chloroplasten. De verschillende vormen van chlorofyl verschillen vaak in deze zijketens van de ring. Chlorofyl a verschilt bijvoorbeeld van chlorofyl b doordat het een methylgroep heeft in plaats van een formylgroep. Deze zijketens beïnvloeden het absorptiespectrum.
Chlorofyl varianten
[bewerken | brontekst bewerken]Er komen verscheidene vormen van chlorofyl voor in de natuur. Ze zijn geletterd in volgorde van ontdekking. Chlorophyll e is gereserveerd voor een pigment dat in 1966 in algen is ontdekt maar naar verlang nog niet chemisch is geanalyseerd
chlorofyl a
chlorofyl b
chlorofyl c1
chlorofyl c2
chlorofyl c3
chlorofyl d
chlorofyl f
Conjugatie
[bewerken | brontekst bewerken]
De chlorine ringstructuur van chlorofyl is een chromofoor en bevat een geconjugeerd systeem van koolstofverbindingen. Deze alternerende enkele en dubbele verbindingen stellen het molecuul in staat om fotonen te absorberen.
Absorptiespectrum
[bewerken | brontekst bewerken]
Chlorofyl heeft hoofdzakelijk twee absorptiebanden, één in het blauw-nabij-UV (de Soretband) en de ander in het rood-nabij-infrarood.
De absorptie spectra van chlorofyl zijn onderhevig aan veranderingen afhankelijk van hun binding in de eiwitcomplexen van de fotosystemen. Pigment-proteïne interacties kunnen de absorptiespectra tot meer dan 100 nanometer doen verlengen. [7]
Antennes
[bewerken | brontekst bewerken]
Zie ook: Light-harvesting complexen_Structure_4_581-597.png)
Chlorophyl, gezamenlijk met andere pigmenten, zijn georganiseerd in proteïne complexen genaamd antennes. Deze complexen fungeren als trechter en sturen de geabsorbeerde lichtenergie naar het terminale chlorophylpaar (P690 of P700) in het reactiecentrum, waar de fotolyse plaatsvindt. [8]
Een reactiecentrum is omringd door zijn eigen antennesysteem maar kan ook ontvangen van aangrenzende light-harvesting complexen (LHCs). Zo kan een reactiecentrum omringd zijn door honderden andere pigmenten
Vrijzwevend chlorophyl is gevaarlijk en niet functioneel voor een cel. Het pigment wordt een sterke reductor na lichtabsorptie en kan daarmee oxidatieve schade veroorzaken. P700* is daarmee de sterkste biologische reductor ter wereld met een redoxpotentiaal van −1,26 eV.
Nobel Prijzen
[bewerken | brontekst bewerken] Zie ook Nobelprijs voor ScheikundeHet Nobel committee heeft tot driemaal toe de Nobelprijs voor Scheikunde uitgereikt voor onderzoek naar chlorofyl.[4]
- Richard Wilstätter in 1915 voor het bepalen van de verhoudingsformule.
- Hans Fischer in 1930 voor het bepalen van de structuurformule.
- Robert Woodward 1965 voor de laboratium synthese.
Zie ook
[bewerken | brontekst bewerken]- Bacteriochlorofyl, groene pigmentmoleculen in fototrofe bacteriën
- Carotenoïden, geel, oranje en rode fotosynthetisch pigmenten
- ↑ (en) Etymonline — Chlorophyll. Geraadpleegd op 14 augustus 2026.
- ↑ (en) Virtanen O, Constantinidou E, Tyystjärvi E. (2022). Chlorophyll does not reflect green light – how to correct a misconception. Journal of Biological Education 56 (5): 552-559. DOI: 10.1080/00219266.2020.1858930.
- ↑ (en) Delepine M. (1951). Joseph Pelletier and Joseph Caventou. Journal of Chemical Education 28 (9): 454. DOI: 10.1021/ed028p454.
- 1 2 3 (en) Blankenship, Robert E. (2002). Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Publishing, p. 42. ISBN 0-632-04321-0. Geraadpleegd op 13 augustus 2026.
- ↑ (en) Woodward RB, Ayer WA, Beaton JM, Bickelhaupt F, Bonnett R. (1990). The total synthesis of chlorophyll a. Tetrahedron 46 (22): 7599–7659. DOI: 10.1016/0040-4020(90)80003-Z.
- ↑ (en) Chen M, Schliep M, Willows RD, Cai Z, Neilan BA, Scheer H. (2010). A Red-Shifted Chlorophyll. Science 329 (5997): 1318-1319. DOI: 10.1126/science.1191127.
- ↑ (en) Blankenship, Robert E. (2002). Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Publishing, "Chapter 4: Photosynthetic Pigments", 55. ISBN 0-632-04321-0. Geraadpleegd op 15 augustus 2026.
- ↑ (en) Blankenship, Robert E. (2002). Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Publishing, "Chapter 5: Antenna Complexes and Energy Transfer Process", p. 61-67. Geraadpleegd op 15 augustus 2026.
· 
· 
