Хлорофилл

Хлорофилл и фотосинтез

Хлорофилл имеет жизненно важное значение для фотосинтеза, который позволяет растениям поглощать энергию света. Молекулы хлорофилла специально расположены внутри и вокруг фотосистем, которые встроены в мембраны тилакоидов хлоропластов

В этих комплексах, хлорофилл выполняет две основные функции. Функция подавляющего большинства хлорофилла (до нескольких сотен молекул в фотосистеме) состоит в том, чтобы поглощать свет и передавать энергию света путем резонансного переноса энергии к конкретной паре хлорофилла в реакционном центре фотосистем. Две принятые в настоящее время единицы фотосистем – фотосистема II и фотосистема I, которые имеют свои собственные различные реакционные центры, названные Р680 и Р700, соответственно. Эти центры названы по длине волны (в нанометрах) их максимального поглощения в красном спектре. Идентичность, функциональность и спектральные свойства хлорофилла в каждой фотосистеме различны и определяются друг другом и белковой структурой, окружающей их. После извлечения из белка в растворителе (таком, как ацетон или метанол), пигменты хлорофилла могут быть разделены на хлорофилл а и б.
Функция реакционного центра хлорофилла – поглощать энергию света и переносить её на другие части фотосистемы. Поглощенная энергия фотона передается электрону в процессе, называемом разделение зарядов. Удаление электрона из хлорофилла является реакцией окисления. Хлорофилл жертвует электроном с высокой энергией ряду молекулярных промежуточных продуктов, называемых цепью переноса электронов. Заряженный реакционный центр хлорофилла (P680 +) затем восстанавливается обратно в основное состояние, принимая электрон, отделенный от воды. Электрон, который восстанавливает Р680 +, в конечном счете, происходит от окисления воды в О2 и Н + через несколько промежуточных продуктов. В ходе этой реакции, фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят O2 газ, который является источником практически всего O2 в атмосфере Земли. Фотосистема I обычно работает последовательно с фотосистемой II; таким образом, P700 + фотосистемы I обычно восстанавливается, когда он принимает электрон, через множество промежуточных в тилакоидной мембране, при помощи электронов, которые приходят, в конечном счете, от фотосистемы II. Реакции переноса электронов в мембранах тилакоидов сложны, и источник электронов, используемый для восстановления P700 +, может меняться.
Электронный поток, который создается пигментами реакционного центра хлорофилла, используется для накачки ионов Н + через мембрану тилакоида, настраивая хемиосмотической потенциал, используемый, главным образом, в производстве АТФ (накопленная химическая энергия), или в восстановлении NADP + в NADPH. НАДФ является универсальным агентом, используемым для восстановления СО2 в сахара, а также в других биосинтетических реакциях.
РЦ хлорофилл-белковые комплексы способны непосредственно поглощать свет и разделять заряды без помощи других хлорофилловых пигментов, но вероятность этого при заданной интенсивности света мала. Таким образом, другие хлорофиллы фотосистемы и антенные пигментные белки кооперативно поглощают и переносят световую энергию к реакционному центру. Кроме хлорофилла а, существуют и другие пигменты, называемые вспомогательными пигментами, которые имеют место в этих антенных пигмент-белковых комплексах.

Изучение полезных свойств хлорофилла

Полезные свойства хлорофилла вот уже не один десяток лет изучаются учеными ведущих медицинских центров разных стран.

Первые научные данные о клиническом применении хлорофилла были опубликованы в 1940 году в профессиональном журнале «Американский хирургический журнал». Было научно доказано ускорение процессов регенерации тканей после оперативных вмешательств при применении хлорофилла. Но, к сожалению, это было время увлечения антибиотиками, и не только фармацевтические компании, но и врачи отдавали им предпочтение.

В 1950 году ученый Говард Уэскотт сделал научный доклад о том, что при регулярном употреблении хлорофилла исчезает неприятный запах изо рта (в том числе из-за курения) и от кожных покровов. После проведения ряда исследований хлорофилл окрестили «натуральным дезодорирующим средством». В госпитальных условиях хлорофилл устраняет запах пота, мочи и менструальных выделений.

В 70-х годах прошлого столетия в Японии была доказана эффективность хлорофилла при инфекционных заболеваниях. В 1976 году израильские ученые провели успешные опыты на мышах по применению хлорофилла при остром панкреатите. В 1979 году в США был проведен ряд исследований, доказывающих противораковые свойства хлорофилла. Мышам прививали опухоль толстой кишки. У тех животных, которым добавляли в пищу экстракт хлорофилла, опухоль не развивалась.

Это еще раз свидетельствует о том, что употребление зелени и овощей предупреждает развитие онкологических заболеваний и, прежде всего, рака кишечника. Ученые изучили около 60 видов растений и доказали, что большинство из них обладают противоопухолевыми свойствами. Однако, нагревание до высоких температур и кипячение лишает зелень и овощи этих свойств. Считается, что именно хлорофилл является главным антиканцерогенным фактором, так как способен предотвращать нарушение структуры ДНК. Некоторые исследователи считают, что хлорофилл, являясь антимутагеном, блокирует первый этап превращения здоровых клеток в раковые.

В течение двух последующих десятилетий стоматологи из штата Мичиган (США) изучали влияние хлорофилла на микробиоценоз (микроэкологию) полости рта. Доктор Роберт Нара разработал программу профилактики кариеса зубов с использованием зубной пасты, содержащей хлорофилл, и приемом хлорофилла внутрь. Ученый предполагал, что хлорофилл, участвуя в фотосинтезе, имеет непосредственное отношение к продукции кислорода, и, вероятно, именно кислород является сильнейшим антибактериальным агентом, в том числе в отношении бактерий, вызывающих кариес.

Подытожив множество научных данных о хлорофилле, можно выделить его основные функции в нашем организме:

• хлорофилл стимулирует иммунную систему организма;
• способствует обновлению тканей и быстрому заживлению ран;
• оказывает антибактериальное действие;
• поддерживает и стимулирует кроветворение;
• обладает антиоксидантной активностью;
• нейтрализует и выводит из организма токсины;

Предостережения

Несмотря на клиническое использование в течение многих лет, токсические эффекты естественного хлорофилла в обычных дозах не были известны. Тем не менее, хлорофилл может вызвать некоторое изменение цвета языка, мочи или кала при пероральном введении. Наряду с этим, хлорофилл также может вызвать легкое жжение или зуд при местном применении.
В редких случаях, передозировка хлорофиллом может привести к диарее, спазмам в животе и поносу. При таких симптомах, целесообразно обратиться за медицинской помощью.
Беременные или кормящие женщины должны воздерживаться от использования коммерчески доступного хлорофилла или добавок хлорофилина из-за отсутствия доказательств безопасности.

Лекарственные взаимодействия

Пациентам, проходящим гваяковую пробу на скрытую кровь, следует избегать перорального использования хлорофиллина, так как это может привести к ложноположительному результату.

Биосинтез

хлорофиллид а + фитилдифосфат хлорофилл а + дифосфат ⇌ {\ displaystyle \ rightleftharpoons}

При этом образуется сложный эфир группы карбоновой кислоты в хлорофиллиде а с фитолом дитерпенового спирта с 20 атомами углерода . Хлорофилл b производится тем же ферментом, который действует на хлорофиллид b .

У покрытосеменных растений более поздние этапы биосинтетического пути зависят от света, и такие растения бледны ( этиолированы ) при выращивании в темноте. Несосудистые растения и зеленые водоросли обладают дополнительным светонезависимым ферментом и становятся зелеными даже в темноте.

Сам хлорофилл связан с белками и может передавать поглощенную энергию в нужном направлении. Протохлорофиллид , один из промежуточных продуктов биосинтеза, встречается в основном в свободной форме и в условиях освещения действует как фотосенсибилизатор , образуя высокотоксичные свободные радикалы . Следовательно, растениям необходим эффективный механизм регулирования количества этого предшественника хлорофилла. У покрытосеменных это происходит на стадии аминолевулиновой кислоты (ALA), одного из промежуточных соединений в пути биосинтеза. В растениях, которые питаются ALA, накапливаются высокие и токсичные уровни протохлорофиллида; так же поступают мутанты с поврежденной регуляторной системой.

Химическая структура

Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — порфирина с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерифицированными). Так, хлорофилл a имеет карбоксиметиловую группу при C₁₀, фитоловый эфир пропионовой кислоты — при С₇. Удаление магния, легко достигаемое мягкой кислотной обработкой, дает продукт, известный как феофитин. Гидролиз фитоловой эфирной связи хлорофилла приводит к образованию хлорофиллида (хлорофиллид, лишенный атома металла, известен как феофорбид a).

Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения состава пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в соляной кислоте, в частности для определения наличия или отсутствия этерифицированных спиртов. Хлороводородное число определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объёма эфирного раствора пигмента экстрагируется 2/₃ общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объём 30%-го раствора KOH в MeOH. В интерфазе должно образовываться окрашенное кольцо. С помощью тонкослойной хроматографии можно быстро определять хлорофиллы в сырых экстрактах.

Хлорофиллы неустойчивы на свету; они могут окисляться до алломерных хлорофиллов на воздухе в метанольном или этанольном растворе.

Хлорофиллы образуют комплексы с белками in vivo и могут быть выделены в таком виде. В составе комплексов их спектры поглощения значительно отличаются от спектров свободных хлорофиллов в органических растворителях.

Хлорофиллы можно получить в виде кристаллов. Добавление H₂O или Ca2+ к органическому растворителю способствует кристаллизации.

Дополнительное светопоглощение антоцианов

Наложение спектров хлорофилла a и b с оенином (мальвидин 30 глюкозид), типичным антоцианидином , показывает, что, в то время как хлорофиллы поглощают в синей и желтой / красной частях видимого спектра, оенин поглощается в основном в зеленой части спектра. где хлорофиллы вообще не поглощаются.

Антоцианы — это другие растительные пигменты . Характер поглощения, ответственный за красный цвет антоцианов, может быть дополнительным к таковому у зеленого хлорофилла в фотосинтетически активных тканях, таких как молодые листья Quercus coccifera . Он может защитить листья от нападения пожирателей растений, которых может привлечь зеленый цвет.

Побочное действие хлорофилла

Хлорофилл и хлорофиллин не токсичны и обычно не вызывают побочных эффектов. В очень редких случаях передозировка хлорофиллина может вызвать аллергическую реакцию, расстройство желудка и диарею.

Однако, стоит обратить внимание на некоторые ограничения в применении добавок с хлорофиллом:

1. Чтобы избежать ложного положительного результата при прохождении гемокульт-теста (пробы кала на скрытую кровь), следует за 3 дня до исследования исключить из рациона продукты и БАД, содержащие хлорофилл.
2. Некоторые лекарственные средства, повышающие чувствительность к солнечному свету (фотосенсибилизирующие препараты) могут взаимодействовать с хлорофиллом. Это означает, что прием этих препаратов совместно с хлорофиллом может повысить воздействие ультрафиолетового излучения на кожу и вызвать солнечные ожоги или аллергическую реакцию в виде сыпи.

Пищевые источники

Лучший способ детоксикации с помощью хлорофилла – включение в рацион зеленых овощей и водорослей. Ниже проанализируем лучшие пищевые источники этого вещества.

Листовые зеленые овощи

Зеленые овощи, такие как капуста, шпинат, мангольд содержат в себе высокую концентрацию хлорофилла. Диетологи рекомендуют ежедневно потреблять микс из разных зеленых овощей. В идеале за день должно получиться от 5 до 7 порций витаминной пищи. Некоторую часть этих продуктов можно заменить свежевыжатыми соками из зеленых овощей.

Концентрация хлорофилла значительно уменьшается после заморозки или в привявшей зелени. Например, в замороженном шпинате количество полезного вещества снижается примерно на 35 %, а после разморозки и приготовления овощ теряет еще 50 % полезного компонента. Поэтому единственный способ получить максимум пользы из зеленых овощей – употреблять их свежими и в сыром виде.

Водоросли

Другой важный источник хлорофилла – хлорелла. Это сине-зеленые водоросли, распространенные в Азии. Кроме высокого содержания хлорофилла, это растение богато аминокислотами, витаминами и минералами. Водоросль восстанавливает гормональный баланс в организме, очищает от токсинов, предотвращает сердечно-сосудистые заболевания, снижает кровяное давление и уровень холестерина. На основе этого продукта создано много БАДов в виде порошка или таблеток. «Жидкий хлорофилл» – компонент спортивного питания.

Резюме

Хлорофилл обеспечивает энергию солнца в концентрированной форме для нашего тела и является одним из самых полезных питательных веществ. Он повышает уровень энергии и усиливает общее состояние благополучия. Он также полезен при ожирении, сахарном диабете, гастрите, геморрое, астме и кожных заболеваниях, таких как экзема. Он помогает в лечении высыпаний и в борьбе с инфекциями кожи. Потребление хлорофилла профилактически также предотвращает неблагоприятные последствия хирургического вмешательства и его рекомендуется вводить до и после операции. Содержание в нем магния помогает в поддержании кровотока в организме и поддерживает нормальный уровень кровяного давления. Хлорофилл в целом улучшает клеточный рост и восстанавливает здоровье и бодрость в организме.

Список использованной литературы:

«chlorophyll». Online Etymology Dictionary.

Carter, J. Stein (1996). «Photosynthesis». University of Cincinnati.

Gilpin, Linda (21 March 2001). «Methods for analysis of benthic photosynthetic pigment». School of Life Sciences, Napier University. Archived from the original on April 14, 2008. Retrieved 2010-07-17.

Motilva, Maria-José (2008). «Chlorophylls – from functionality in food to health relevance». 5th Pigments in Food congress- for quality and health (Print). University of Helsinki. ISBN 978-952-10-4846-3.

Woodward, R. B.; Ayer, William A.; Beaton, John M.; Bickelhaupt, Friedrich; Bonnett, Raymond; Buchschacher, Paul; Closs, Gerhard L.; Dutler, Hans; Hannah, John; et al. (1990). «The total synthesis of chlorophyll a» (PDF). Tetrahedron. 46 (22): 7599–7659. doi:10.1016/0040-4020(90)80003-Z

Gitelson A. A., Buschmann C., Lichtenthaler H. K. (1999) “The Chlorophyll Fluorescence Ratio F735/F700 as an Accurate Measure of Chlorophyll Content in Plants” Remote Sens. Enviro. 69:296-302 (1999)

Meskauskiene R; Nater M; Goslings D; Kessler F; op den Camp R; Apel K. (23 October 2001). «FLU: A negative regulator of chlorophyll biosynthesis in Arabidopsis thaliana». Proceedings of the National Academy of Sciences. 98 (22): 12826–12831. Bibcode:2001PNAS…9812826M. doi:10.1073/pnas.221252798. JSTOR 3056990. PMC 60138free to read. PMID 11606728

Adams, Jad (2004). Hideous absinthe : a history of the devil in a bottle. United Kingdom: I.B.Tauris, 2004. p. 22. ISBN 1860649203.

Реакции фотосинтеза

Поглощение света

Световой спектр

Спектр поглощения хлорофилла а и хлорофилла b . Использование обоих вместе увеличивает размер поглощения света для производства энергии.

Хлорофилл а поглощает свет с длиной волны фиолетового , синего и красного цветов , в основном отражая зеленый цвет . Эта отражательная способность придает хлорофиллу зеленый вид. Дополнительные фотосинтетические пигменты расширяют спектр поглощаемого света, увеличивая диапазон длин волн, которые можно использовать в фотосинтезе. Добавление хлорофилла b рядом с хлорофиллом a расширяет спектр поглощения . В условиях низкой освещенности растения производят большее соотношение хлорофилла b к молекулам хлорофилла a , увеличивая выход фотосинтеза.

Сбор света

Антенный комплекс с переносом энергии внутри тилакоидной мембраны хлоропласта. Хлорофилл а в реакционном центре — единственный пигмент, который передает ускоренные электроны акцептору (изменено с 2).

Поглощение света фотосинтетическими пигментами преобразует фотоны в химическую энергию. Световая энергия, излучаемая на хлоропласт, поражает пигменты тилакоидной мембраны и возбуждает их электроны. Поскольку молекулы хлорофилла а улавливают только волны определенной длины, организмы могут использовать дополнительные пигменты для захвата более широкого диапазона световой энергии, показанной желтыми кружками. Затем он передает захваченный свет от одного пигмента к другому в качестве резонансной энергии, передавая энергию от одного пигмента к другому, пока не достигнет особых молекул хлорофилла а в реакционном центре. Эти специальные хлорофилл а молекулы расположены в обоих фотосистемы II и фотосистемы I . Они известны как P680 для Photosystem II и P700 для Photosystem I. P680 и P700 являются первичными донорами электронов в цепи переноса электронов. Эти две системы различаются по своим окислительно-восстановительным потенциалам для одноэлектронного окисления. E _m для P700 составляет приблизительно 500 мВ, а E _m для P680 составляет приблизительно 1100–1200 мВ.

Хлорофилл а очень важен в энергетической фазе фотосинтеза. Два электрона необходимо передать акцептору электронов, чтобы процесс фотосинтеза продолжился. В реакционных центрах обеих фотосистем есть пара молекул хлорофилла а , которые передают электроны в транспортную цепь через окислительно-восстановительные реакции.

Дефектная среда может вызвать хлороз

Хлороз — это состояние, при котором листья вырабатывают недостаточно хлорофилла, что приводит к их желтому. Хлороз может быть вызван дефицитом железа в питательных веществах, называемым хлорозом железа, или недостатком магния или азота . PH почвы иногда играет роль в хлорозе, вызванном питательными веществами; многие растения приспособлены к росту в почвах с определенным уровнем pH, и от этого может зависеть их способность поглощать питательные вещества из почвы. Хлороз также может быть вызван патогенами, включая вирусы, бактерии и грибковые инфекции, или насекомыми, сосущими сок.

Как сделать напитки с хлорофиллом самому

Когда говорят про люцерну, то наравне с ним выступает и хлорофилл. Желая сделать себе настойку хлорофилла из люцерны стоит запомнить одно – ни в коем случае нельзя самостоятельно этого делать. Потому что Вы точно не знаете необходимую концентрацию и как ее правильно получить.

Замените самодельную настойку на простые зеленые напитки, которые возможно приготовить в домашних условиях. Лучше всего это делать весной и летом, потому что в этом случае зелень всегда под рукой. Для этого нужно 1-2 стакана воды и любая свежая зелень. Для приготовления ее нужно измельчить в блендере. В результате получится напиток, для улучшения его вкуса можно добавить сладкий сок.

Берегите свое здоровье и здоровье близких людей. А для этого употребляйте в пищу зеленые продукты круглый год.

Прислушаться к желаниям организма

Далее идут продукты, богатые триптофаном: он содержится в индейке, грибах. Грибы вообще очень низкокалорийный продукт, они дают чувство насыщения, но при этом в них нет практически никаких калорий, рассказывает собеседница «Известий».

— Тем, кто имеет привычку «заедать» стресс, плохое настроение, скуку, я также советую продукты, богатые как триптофаном, так и магнием. Его много в гречке, овощах, а также в семечках, орешках. Магний успокаивает, и поэтому мы не так рвемся к холодильнику. Также мы не так к нему рвемся, когда у нас достаточное количество витаминов группы B в организме. Это тоже мясо, но постное, также они содержатся в цельнозерновых крупах, цельнозерновом хлебе. Сейчас много говорят о том, что нехватка витамина D тоже может приводить к возникновению лишнего веса. Поэтому стоит помнить о том, что он есть в морепродуктах, а также в печени трески — маленький кусочек с лихвой покрывает суточную норму витамина D.

Ешь и стройней

Фото: Pexels

Очень важна и вода — для похудения она даже важнее, чем еда, подчеркивает врач-диетолог. «Наши митохондрии и вообще все энергетические субстанции именно в клетке, которые обеспечивают энергию и скорость метаболизма, должны работать в среде определенной вязкости. Также вода хорошо помогает блокировать аппетит. Зачастую мы путаем голод с жаждой, поскольку при обезвоживании человек чувствует усталость, ему хочется как-то себя взбодрить и часто он для этого ест, а, в общем-то, ему было достаточно просто попить, чтобы головной мозг начал нормально работать и перестал чувствовать себя уставшим», — объясняет Елена Соломатина.

Кроме того, хороши для сокращения веса и кисломолочные продукты.

— Дело в том, что кисломолочные продукты содержат полезные лактобактерии, бифидобактерии — в зависимости от того, пьем мы кефир или простоквашу. Поддержание нормальной микрофлоры — первое, с чего надо начинать. Наш аппетит регулирует наш кишечник, это такой второй мозг. Мы думаем, что мы хотим колбасы, ветчины или торт, а это не мы хотим, а те бактерии, которые, в частности, живут в нашем кишечнике. Поэтому какие-то острые желания часто бывают связаны с желаниями микробиоты нашего кишечника.

Полезные свойства хлорофилла для организма

Выделим наиболее важные качества хлорофилла.

1. Хлорофилл убирает запах пота. В 1950 году ученый Говард Уэскотт сделал доклад о том, что при регулярном употреблении хлорофилла исчезает неприятный запах изо рта и от кожных покровов. После проведения ряда исследований хлорофилл окрестили натуральным дезодорирующим средством. В госпитальных условиях хлорофилл устраняет запах пота, мочи и различных выделений.
2. Хлорофилл очищает от токсинов. Все благодаря полезному влиянию для организма вырабатывать эритроциты. Новые эритроциты за счет гемоглобина переносят кислород во все клетки тела, что положительно сказывается на здоровье человека в целом.
3. Профилактика рака. Ученые все еще изучают влияние хлорофиллина на рак. Одно исследование на животных показало, что хлорофилл сокращает частоту возникновения случаев опухоли в печени на 29-64%, а в желудке на 24-45%. Другое исследование показало, что хлорофилл способен ограничивать поглощаемый афлатоксин – вещество, вызывающее рак.
4. Помогает лечить анемию. Понижение гемоглобина – это не болезнь, а состояние, которое чаще всего вызвано неполноценным питанием. Для его лечения часто назначают принимать железо и хлорофилл, так как это вещество стимулирует производство красных кровяных телец. Хлорофилл эффективно поднимает уровень гемоглобина в крови, а также очищает сосуды, делает кровь более текучей и нормализует давление. Результат вы увидите уже через несколько недель после того, как добавите в рацион источники хлорофилла.
5. Улучает состояние кожи. В кислотной среде уменьшается выработка коллагена, белка, делающего кожу эластичной. Поэтому результат потребления хлорофилла – сияющая упругая кожа. Исследования на эту тему тут.
6. Хлорофилл помогает снизить вес. Хлорофилл содержит фитановую кислоту, которая вызывает перемещение жирных кислот из жировых клеток в кровоток. В результате, жирные кислоты могут использоваться для создания энергии. И второй бонус, он является хорошим подавителем аппетита, благодаря высокому содержанию тилакоидов, которые способны уменьшить аппетит и вызвать чувство сытости.
7. Хлорофилл снижает уровень холестерина. Хлорофилл эффективен в снижении уровня холестерина. Высокий уровень ЛПНП может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям или инсульту. Снижая уровень ЛПНП, хлорофилл помогает снизить риск развития этих заболеваний.

Свойства и функция при фотосинтезе

В процессе фотосинтеза молекула хлорофилла претерпевает изменения, поглощая световую энергию, которая затем используется в фотохимической реакции взаимодействия углекислого газа и воды с образованием органических веществ (как правило, углеводов):

xCO2+xH2O→hν(CH2O)x+xO2{\displaystyle {\ce {xCO2 + xH2O -> (CH2O)_x + xO2}}}

После передачи поглощенной энергии молекула хлорофилла возвращается в исходное состояние.

Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм (где находится и максимум чувствительности глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий, частично — красный свет из солнечного спектра (чем и обуславливается зелёный цвет отражённого света).

Растения могут использовать и свет с теми длинами волн, которые слабо поглощаются хлорофиллом. Энергию фотонов при этом улавливают другие фотосинтетические пигменты, которые затем передают энергию хлорофиллу. Этим объясняется разнообразие окраски растений (и других фотосинтезирующих организмов) и её зависимость от спектрального состава падающего света.