Chimie

Chlorophylles

Chlorophylles



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Domaine d'expertise - biochimie

Chlorophylles (de grec chloros, "vert clair" et phyllon, "feuille") sont une classe de colorants naturels qui se forment dans les organismes photosynthétiquement actifs tels que les plantes, les algues et les cyanobactéries et qui se trouvent chez les eucaryotes dans les chloroplastes, les sites de la photosynthèse. Chimiquement, les chlorophylles sont des systèmes d'anneaux de porphyrine avec aMg2+-Ion au centre. Ils sont similaires dans leur structure au groupe hème des hémoglobines, de la myoglobine et des cytochromes, sauf que leurs dérivés tétrapyrroles portent des ions autres que l'ion central.

Dans les plantes supérieures, on trouve la chlorophylle a bleu-vert et la chlorophylle b jaune-vert, qui ne diffèrent que par l'un des groupes fonctionnels de l'anneau porphyrine. L'absorption de la lumière (ainsi que la couleur de la chlorophylle) est due à onze doubles liaisons conjuguées avec des électrons facilement excitables.La chlorophylle a est le pigment réellement photosynthétiquement actif, tandis que la chlorophylle b sert de pigment accessoire pour collecter la lumière. Mais il existe un certain nombre d'autres chlorophylles qui ont des groupes latéraux différents et donc des spectres d'absorption différents. Ceux-ci se produisent dans divers organismes phototrophes:

Tab.1
Exemples d'autres chlorophylles
ChlorophylleOccurrence
Chlorophylle cpar exemple avec des algues brunes, des diatomées et des algues jaune-vert
Chlorophylle dAlgues rouges
Bactériochlorophylle aBactéries violettes
Bactériochlorophylle bBactéries pourpres de soufre
Bactériochlorophylle c, d, eBactéries vertes du soufre

Voir aussi : photosystème, protoporphyrine

Unités d'apprentissage dans lesquelles le terme est traité


Chlorophylle

Ceux-ci comprennent non seulement les chlorophylles, c'est-à-dire le pigment vert des plantes, mais aussi l'ourlet, qui, en tant que composant de l'hémoglobine, donne au sang de nombreux êtres vivants sa couleur rouge. Mais cela ne nécessite pas seulement une dérivatisation via les résidus, il manque également un élément très central, l'atome central. Dans les chlorophylles, on utilise Mg 2+, dans la maison il s'agit de Fe 2+.

ci-dessus : Chlorophylle c1 / c2 avec magnésium 2+, ci-dessous : H & aumlm b de sang & aumlmoglobine avec fer 2+ comme atome central

La structure de la chlorophylle a, b et d est très similaire à celle de c1 & ampc2

Structure de la chlorophylle a, b & amp d

Caractéristiques:

Chlorophylle a (C.55H72MgN4O5), Masse molaire = 893,48 g / mol aiguilles cireuses noir bleutéqui fondent à 117-120°C et se dissolvent dans l'alcool à fluorescence rouge foncé. Chlorophylle b (C.55H70MgN4O6), Masse molaire = 907.46g / mol, cristallisé dans plaquettes vert foncéqui fondent à 120-130°C se dissolvent également bien dans l'éthanol, puisque comme la chlorophylle a elle se trouve en très grande quantité dans les algues, elle peut être obtenue à partir d'elles. Les autres chlorophylles ne diffèrent que de manière insignifiante dans leurs propriétés et leur structure de a & amp b, par exemple c1 & amp c2 n'ont pas la longue chaîne latérale sur l'anneau D.

Des expériences avec des composés radiomarqués ont montré que les plantes accumulent les chlorophylles à partir de l'acide acétique et de l'acide aminé glycine et stockent l'ion Mg pendant la synthèse du complexe. cela nécessite de la lumière dans la plupart des plantes les plus hautes, ce qui explique le phénomène bien connu de jaunissement des feuilles qui ont reçu trop peu de lumière. De même, la décoloration automnale des feuilles trouve son origine dans la dégradation des chlorophylles. Ces produits de dégradation ne sont pas nécessairement eux-mêmes jaunes/rougeâtres, mais en raison de leur dégradation, d'autres colorants, tels que les caroténoïdes, viennent au premier plan dans la coloration. Il est maintenant également connu que ces caroténoïdes "travaillent ensemble" avec les chlorophylles dans la photosynthèse.

Vous pouvez facilement faire votre propre extrait de chlorophylle : Pour ce faire, frottez 10 g de feuilles d'ortie fraîches avec du sable fin dans un mortier, ajoutez un peu de chaux et & sbquow & lsquo lavez & lsquo la pulpe progressivement avec environ 50 ml d'acétone à travers un filtre dans une bouteille sombre. Les feuilles de la grande ortie sont particulièrement adaptées pour cela, car elles contiennent jusqu'à 350 mg de chlorophylle dans 100 g de feuilles fraîches.

L'utilité de prendre des préparations à base de chlorophylle pour éliminer diverses substances indésirables du corps, telles que divers composés soufrés après avoir consommé de l'ail, des métaux lourds, etc. est controversée, mais diverses armées équipent leurs soldats de comprimés de chlorophylle pour réduire l'effet des agents de guerre chimique.

L'explication de l'importance des chlorophylles en biologie conduirait trop loin ici pour aborder brièvement leur comportement d'absorption, mais une expérience mérite d'être mentionnée. A cet effet, une feuille de hêtre a été éclairée avec une lumière de différentes longueurs d'onde et, en parallèle, le taux de photosynthèse a été enregistré en enregistrant le volume d'oxygène ascendant. Le résultat a été la courbe suivante (rouge), qui coïncide remarquablement bien avec les courbes d'absorption de la chlorophylle a & amp b, surtout si vous incluez également celles de & szlig-carotène, qui, comme déjà mentionné, joue également un rôle dans & ldquo capture de photons & ldquo des jeux de plantes.

Absorption lumineuse et taux de photosynthèse d'une feuille de hêtre contre ?


Ils sont principalement utilisés comme colorant alimentaire pour la coloration des légumes verts, qui sont conservés dans du vinaigre ou de la saumure.

Les colorants peuvent être trouvés dans:

  • Confitures & confitures
  • Confiserie, gelées, glaces, chewing-gum
  • Limonades, liqueurs
  • Cosmétiques et produits pharmaceutiques (pour les huiles colorantes, savons, onguents)
  • Citron vert de Beck's

Ils sont approuvés dans l'UE comme additif alimentaire avec le numéro E 141 pour toutes les denrées alimentaires approuvées pour les additifs sans restrictions de quantité maximale.


Caroténoïdes

Les caroténoïdes, également appelés lipochromes en raison de leur liposolubilité, sont des colorants lipophiles qui se caractérisent par une couleur jaune, orange ou rouge. La couleur est basée sur le système de plusieurs doubles liaisons conjuguées, qui, selon le nombre et la position, absorbent la lumière de certaines longueurs d'onde (jusqu'à plus de 500 nm, gamme bleue de la lumière visible). Les caroténoïdes ne se trouvent pas seulement dans les organismes autotrophes, mais aussi chez les animaux et les humains, ces derniers pénètrent tous dans l'organisme à partir d'aliments végétaux, par ex. B. dans le plumage, les yeux, le lait ou le jaune d'œuf. La couleur rouge d'un homard cuit est également due au caroténoïde astaxanthine. Tous proviennent d'aliments à base de plantes, car les caroténoïdes ne peuvent être formés que par les plantes au sein des chloroplastes ou des chromoplastes (plastes).

Les caroténoïdes des plantes supérieures se trouvent dans les feuilles, les fruits, les tiges des pousses, les racines, les étamines, le pollen et les graines. La couleur des caroténoïdes dans les membranes chloroplastiques des feuilles vertes est visible dans le Feuillage d'automne lorsque la chlorophylle est décomposée, les feuilles se fanent et les chloroplastes sont convertis en chromoplastes. Quelque chose de similaire se produit avec la maturation des fruits verts à colorés. Des exemples de caroténoïdes dans les fruits sont

  • Lycopène (dans la tomate, l'églantier, la rose)
  • Capsanthine (dans le piment rouge) et
  • Capsorubine (dans le paprika).

Lorsque les caroténoïdes sont très concentrés, ils ne sont plus liés à la membrane sous forme de gouttelettes lipidiques, mais sont éjectés dans le cytoplasme sous forme de cristaux. De cette façon, ils se retrouvent également dans les tissus de stockage des plantes, comme dans le cas de la carotte. Les caroténoïdes sont également présents occasionnellement sous forme de pigments floraux (par exemple, crocus, violettes, pensées). Une exception est la présence dans les semences de semences de maïs.

Les caroténoïdes ont généralement 40 atomes de carbone avec des doubles liaisons fortement conjuguées. Les 40 atomes de carbone sont souvent constitués de deux unités symétriques de 20 atomes de carbone chacune. Les caroténoïdes peuvent être divisés en carotènes et xanthophylles.
Carotènes sont des hydrocarbures purs de couleur orange à rouge et ne contiennent pas d'oxygène. Le carotène le plus connu est le ß-carotène (provitamine A), présent dans les plantes, les algues et les cyanobactéries. En réduisant de moitié la molécule et en ajoutant un groupe hydroxyle, le ß-carotène se transforme en deux molécules de vitamine A.
Les xanthophylles sont des dérivés oxygénés des carotènes. Alors z. B. la lutéine dans les plantes et les algues vertes. La fucoxanthine, quant à elle, a été isolée à partir d'algues brunes.

Les caroténoïdes absorbent dans la gamme bleue (longueur d'onde supérieure à 500 nm) de la lumière visible, c'est-à-dire dans les longueurs d'onde où les chlorophylles ont une faible absorption (réduction de la bande verte). On les retrouve donc dans les systèmes photographiques en tant que pigments d'antenne dans le complexe d'antennes (LHC). Cependant, ces dernières années, il a été constaté qu'ils ne transfèrent l'énergie lumineuse à d'autres pigments qu'avec peu d'efficacité. Les caroténoïdes protègent également les composants membranaires de l'attaque par l'oxygène moléculaire (destruction photo-oxydante) et sont donc importants pour le fonctionnement des photosystèmes.
Dans les pétales de fleurs et les fruits, les caroténoïdes sont importants pour attirer les couleurs des animaux. La fonction de certains caroténoïdes en tant que provitamine (carotène) est également importante. Aujourd'hui, de nombreux caroténoïdes produits artificiellement sont utilisés dans les médicaments comme précurseurs de la vitamine A, comme colorants alimentaires (fromage, jus de fruits) et comme additifs alimentaires.


Chlorophylles - Chimie et Physique

La photosynthèse est le fondement de presque toutes les formes de vie sur terre et pourtant elle n'est pas comprise en détail. Une équipe de recherche internationale a pu percer l'un de leurs secrets. Les chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), de l'Université d'Osaka, au Japon, et de l'Université de Kafrelsheikh, en Égypte, ont réussi à isoler une forme rare de photosystème I et à l'examiner en détail. Ce faisant, ils ont découvert des interactions jusqu'alors inconnues entre des composants individuels, ce qui indique que le complexe protéique peut également utiliser l'énergie d'une lumière très faible grâce à l'utilisation de la chaleur.

Le travail commun a été publié en ligne le 8 mars 2021 dans la revue "Communications Biology".

Le pouvoir de la photosynthèse

La photosynthèse est le seul processus biologique dans lequel l'énergie de la lumière du soleil est convertie en énergie chimiquement liée. Au niveau moléculaire, les enzymes clés de la photosynthèse, appelées photosystèmes, en sont responsables. Le photosystème I (PSI), l'un des deux photosystèmes, est un grand complexe protéique membranaire qui peut exister sous diverses formes - en tant que monomère, dimère, trimère ou même tétramère.

Une nouvelle méthode de purification aide à élucider la structure

Bien que la structure du PSI trimérique de la cyanobactérie Thermosynechococcus elongatus ait été clarifiée il y a 20 ans, il n'a pas encore été possible d'obtenir la structure correspondante du PSI monomérique. "Le plus grand obstacle était la faible occurrence naturelle de cette forme spéciale de PSI", explique le professeur Dr. Marc Nowaczyk du Département de biochimie végétale de la RUB. Par conséquent, son équipe a développé une nouvelle méthode d'extraction qui permet d'isoler les monomères PSI avec un rendement élevé. Le complexe protéique a ensuite été examiné en détail au RUB en utilisant la spectrométrie de masse, la spectroscopie et des méthodes biochimiques. L'équipe de recherche de l'Université d'Osaka a réussi à déterminer la structure en utilisant la cryomicroscopie électronique.

La structure atomique du PSI monomère donne à la fois de nouvelles informations sur le transfert d'énergie au sein du complexe protéique et des informations sur l'emplacement des chlorophylles rouges. Il s'agit de pigments foliaires spécialement agencés qui interagissent étroitement les uns avec les autres et permettent ainsi l'absorption d'une lumière de faible énergie qui, dans des circonstances normales, ne peut pas être utilisée pour la photosynthèse. "Ce qui était particulièrement intéressant, c'est la découverte que les chlorophylles rouges semblent interagir avec les lipides de la membrane qui les entoure", explique Anna Frank, co-premier auteur de l'étude. "Cet arrangement structurel pourrait être une indication qu'une énergie thermique supplémentaire est utilisée pour réellement rendre la lumière à faible énergie utilisable pour la photosynthèse."

Une coopération à long terme porte ses fruits

Les travaux conjoints ont été menés dans le cadre de l'International Joint Research Promotion Program 824, un accord de coopération signé en 2017 entre la Faculté de biologie et de biotechnologie de la RUB et l'Institute for Protein Research (IPR) de l'Université d'Osaka. Le programme de financement s'est appuyé sur la collaboration à long terme entre le laboratoire du Prof. Dr. Genji Kurisu à l'IPR et au groupe de projet de Bochum « Mécanismes moléculaires de la photosynthèse » sous la direction de Marc Nowaczyk. « Un programme d'échange récemment introduit entre la Faculté de biologie et de biotechnologie et l'Université d'Osaka offre aux étudiants de la RUB des opportunités supplémentaires pour mener à bien leurs projets de recherche au pays du soleil levant », déclare Marc Nowaczyk.

Le travail a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft dans le cadre de la Graduate School GRK 2341 (Microbial Substrate Conversion), ainsi que par le Platform Project for Supporting Drug Discovery and Life Science Research (BINDS), par AMED, un Grants-in-Aid pour la recherche scientifique par MEXT -KAKENHI, l'innovation cyclique d'AMED pour l'autonomisation clinique et le programme international de promotion de la recherche conjointe de l'Université d'Osaka.

Orkun Çoruh, Anna Frank, Hideaki Tanaka, Akihiro Kawamoto, Eithar El-Mohsnawy, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Christoph Gerle, Marc M. Nowaczyk, Genji Kurisu : la structure Cryo-EM d'un photosystème monomère fonctionnel I de Thermosynechococcus elongatus révèle' rouge 'cluster de chlorophylle, dans: Communications Biology, 2021, DOI: 10.1038 / s42003-021-01808-9

Prof. Dr. Marc Nowaczyk
Chaire de biochimie végétale
Faculté de biologie et biotechnologie
Ruhr-Université de Bochum
Téléphone : +49 234 32 23657
Courriel : [email protected]

Contact scientifique :

Prof. Dr. Marc Nowaczyk
Chaire de biochimie végétale
Faculté de biologie et biotechnologie
Ruhr-Université de Bochum
Téléphone : +49 234 32 23657
Courriel : [email protected]

Édition originale :

Orkun Çoruh, Anna Frank, Hideaki Tanaka, Akihiro Kawamoto, Eithar El-Mohsnawy, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Christoph Gerle, Marc M. Nowaczyk, Genji Kurisu : la structure Cryo-EM d'un photosystème monomère fonctionnel I de Thermosynechococcus elongatus révèle' rouge 'cluster de chlorophylle, dans: Communications Biology, 2021, DOI: 10.1038 / s42003-021-01808-9

Caractéristiques de ce communiqué de presse :
Journalistes
la biologie
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