クロロフィル：特性、構造、場所、種類 - 生物学 - 2025

クロロフィルがあることを示す、生物学的な顔料であるが、光を吸収することができる分子です。この分子は、紫、青、赤に対応する波長を吸収し、緑色の光を反射します。したがって、クロロフィルの存在は植物の緑色の原因です。

その構造は、マグネシウムを中心としたポルフィリン環とフィトールと呼ばれる疎水性の尾で構成されています。クロロフィルとヘモグロビン分子の構造的類似性を強調する必要があります。

葉緑素分子は植物の緑色の原因です。出典：pixabay.com

クロロフィルは、葉緑体内部に見られる膜状構造であるチラコイドに存在します。葉緑体は葉や植物の他の構造に豊富です。

クロロフィルの主な機能は、光合成反応を促進するために使用される光を取り込むことです。吸収される太陽光の量を増やすために、構造と吸収ピークがわずかに異なる、さまざまな種類のクロロフィル（最も一般的なもの）があります。

歴史的展望

クロロフィル分子の研究は、1818年に「クロロフィル」という名前を作り出した研究者のペルティエとカヴェントウによって最初に記述されたときにさかのぼります。その後、1838年に分子の化学的研究が始まりました。

1851年、ヴェルデイユはクロロフィルとヘモグロビンの構造的類似性を提案しました。当時、この類似性は誇張されており、葉緑素分子の中心にも鉄原子が存在すると推定されていました。後にマグネシウムの存在が中心原子として確認されました。

さまざまな種類のクロロフィルが1882年に、顕微鏡によって提供された証拠を使用してボロディンによって発見されました。

顔料

顕微鏡下で観察されたクロロフィル。クリスチャン・ピーターズ-ファベルフロ

光とは

光合成生物が光エネルギーを利用できるようにするための重要なポイントは、その吸収です。この機能を果たす分子は色素と呼ばれ、植物や藻類に存在します。

これらの反応をよりよく理解するには、光の性質に関連する特定の側面を知る必要があります。

光は、エネルギーの一種である電磁放射の一種として定義されます。この放射は、波および粒子として理解されます。電磁放射の特性の1つは波長であり、2つの連続した隆起間の距離として表されます。

人間の目は、400〜710ナノメートル（nm = 10 ^-9 m）の範囲の波長を知覚できます。波長が短いと、エネルギー量が大きくなります。太陽光には、可視部分のすべての波長で構成される白色光が含まれます。

粒子の性質に関して、物理学者は光子をエネルギーの個別のパケットとして説明します。これらの各粒子には、特徴的な波長とエネルギーレベルがあります。

光子がオブジェクトに当たると、吸収、透過、反射の3つのことが起こります。

クロロフィルはなぜ緑なのですか？

クロロフィルは主に青と赤の波長を吸収し、緑を反射するため、植物は緑として認識されます。ネフロナス

すべての顔料が同じように機能するわけではありません。光吸収は、異なる波長で発生する可能性のある現象であり、各顔料には特定の吸収スペクトルがあります。

吸収された波長は、色素を可視化する色を決定します。たとえば、すべての長さで光を吸収すると、顔料は完全に黒色になります。すべての長さを吸収しないものは、残りを反映します。

クロロフィルの場合、紫、青、赤に対応する波長を吸収し、緑色の光を反射します。これは植物に特徴的な緑色を与える色素です。

自然界の色素はクロロフィルだけではありません

クロロフィルは最もよく知られている色素の1つですが、カロチノイドなど、赤みがかった色またはオレンジ色の色調を持つ他のグループの生体色素があります。したがって、それらはクロロフィルとは異なる波長の光を吸収し、クロロフィルへのエネルギー伝達スクリーンとして機能します。

さらに、一部のカロテノイドには光保護機能があります。クロロフィルに損傷を与える可能性のある光エネルギーを吸収および放散します。または酸素と反応し、細胞構造を損傷する可能性のある酸化分子を形成します。

特徴と構造

クロロフィルは、人間の目には緑と認識され、光合成に関与する生体色素です。光エネルギーを化学エネルギーに変換する能力を持つ植物や他の生物にそれらを見つけます。

化学的にクロロフィルはマグネシウムポルフィリンです。これらは、私たちの血液中の酸素の輸送に関与するヘモグロビン分子に非常に似ています。両方の分子は、テトラピロール環上の置換基のタイプと位置のみが異なります。

ヘモグロビンのポルフィリンリングの金属は鉄ですが、クロロフィルではマグネシウムです。

クロロフィル側鎖は、本来疎水性または無極性であり、フィトールと呼ばれる4つのイソプレノイド単位で構成されています。これは、環番号4のプロピオン酸基にエステル化されています。

クロロフィルが熱処理を受けると、溶液は酸性のpHになり、リングの中心からマグネシウム原子が脱離します。加熱が続くか、溶液のpHがさらに低下すると、フィトールは加水分解してしまいます。

ロケーション

クロロフィルは最も広く分布している天然色素の1つであり、光合成生命のさまざまな系統に見られます。植物の構造では、主に葉や他の緑の構造に見られます。

顕微鏡で見ると、葉緑素は細胞内、特に葉緑体に見られます。次に、葉緑体の内部には、チラコイドと呼ばれる二重膜によって形成された構造があり、クロロフィルが他の量の脂質やタンパク質とともに内部に含まれています。

チラコイドはいくつかの積み重ねられたディスクまたはコインに似た構造であり、この非常にコンパクトな配置は、クロロフィル分子の光合成機能に絶対に必要です。

光合成を行う原核生物には葉緑体はありません。このため、光合成色素を含むチラコイドは、細胞膜の一部として観察されるか、細胞質内で分離されるか、または内膜に構造を構築します-シアノバクテリアで観察されるパターン。

タイプ

クロロフィルa

クロロフィルa

クロロフィルにはいくつかのタイプがあり、分子構造と光合成系統での分布がわずかに異なります。つまり、特定の種類のクロロフィルを含む生物と含まない生物があります。

葉緑素の主なタイプは葉緑素aと呼ばれ、植物系統では、光合成プロセスで直接帯電した色素で光エネルギーを化学に変換します。

クロロフィルb

クロロフィルb

クロロフィルの2番目のタイプはbで、植物にも存在します。構造的にはクロロフィルaとは異なり、後者は環番号IIの炭素3にメチル基を持ち、タイプbはその位置にホルミル基を含んでいます。

これはアクセサリー顔料と見なされ、構造の違いにより、バリアントaとは若干異なる吸収スペクトルを持っています。この特徴の結果として、それらは色が異なります：クロロフィルaは青緑色で、bは黄緑色です。

これらの微分スペクトルの考え方は、両方の分子が光の吸収で互いに補完し合い、光合成システムに入る光エネルギーの量を増加させることです（その結果、吸収スペクトルが広がります）。

クロロフィルcおよびd

クロロフィルd

3番目のタイプのクロロフィルcは、褐色藻類、珪藻、渦鞭毛藻で見られます。藍藻類の場合、葉緑素のみを呈します。最後に、クロロフィルdは、一部の原生生物やシアノバクテリアにも見られます。

バクテリアのクロロフィル

光合成能力を持つバクテリアはたくさんあります。これらの生物にはバクテリオクロロフィルと一緒に知られているクロロフィルがあり、真核生物のクロロフィルと同様に、a、b、c、d、e、gの文字に従って分類されます。

歴史的に、クロロフィル分子が進化の過程で最初に現れるという考えが使用されました。今日、配列分析のおかげで、おそらく祖先のクロロフィル分子はバクテリオクロロフィルに類似していたことが提案されています。

特徴

クロロフィル分子は光の吸収に関与するため、光合成生物において重要な要素です。

光合成を実行するために必要な機械には、光化学系と呼ばれるコンポーネントがあります。2つあり、それぞれ1つは光を集める「アンテナ」と、クロロフィルタイプを見つける反応センターで構成されています。

光化学系は主にクロロフィル分子の吸収ピークが異なります。光化学系Iは700 nmに、IIは680 nmにピークを持っています。

このようにして、クロロフィルは光を捉える役割を果たし、複雑な酵素バッテリーのおかげで炭水化物などの分子に保存されている化学エネルギーに変換されます。

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